Ускоритель электронов

УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий высоковольтные генераторы импульсного напряжения, электронную пушку, первый электрод которой заземлен, а второй подключен к высоковольтному выходу генератора импульсного напряжения, и систему питания и синхронизации, отличающийся тем, что, с целью увеличения длительности импульса тока ускоренных электронов, электронная пушка снабжена дополнительными электродами, прозрачными для электронов, расположенными последовательно и соосно и с основными электродами, разделенными изоляционными промежутками, и подключенными к высоковольтным выходам импульсных генераторов, вторые выходы которых заземлены.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения мощных релятивистских сильноточных электронных пучков наносекундной длительности.
Известен сильноточный импульсный ускоритель прямого действия для получения мощных электронных пучков наносекундной длительности, содержащий генератор высоковольтных наносекундных ускоряющих импульсов напряжения с системой питания и управления и электронную пушку с холодноэмиссионным катодом и анодом в виде тонкой фольги, который отделен от катода с помощью изолятора.
При приложении ускоряющего импульса напряжения к катоду, под действием сильного электрического поля происходит взрыв микроострий на катоде, образуется плазма, на которой эмиттируются и в дальнейшем ускоряются электроны.
Недостатком этого ускорителя является малая длительность электронного пучка, которая определяется временем перекрытия вакуумного ускоряющего промежутка плазмой и в существующих ускорителях достигает величины < 100 нс.
Наиболее близким техническим решением является ускоритель электронов, содержащий электронную пушку, несколько генераторов высоковольтных наносекундных импульсов в виде полосковых двойных формирующих линий (ДФЛ) с общей системой питания в виде генератора импульсных напряжений по схеме Аркадьева-Маркс. Для синхронного запуска отдельных ДФЛ используется специальный генератор пусковых импульсов. Полосковые ДФЛ соединены на выходе последовательно-параллельно и нагружены на электронную пушку, состоящую из катода, анода, и разделяющего их изолятора. Недостатком этого ускорителя является, во-первых, малая длительность импульса тока, которая определена временем перекрытия плазмой ускоряющего промежутка, а во-вторых, исключена возможность поочередного включения формующих линий с целью получения серии пучков с малыми интервалами между отдельными пучками, поскольку отсутствует электрическая развязка между линиями, а диод замыкается плазмой при генерации первого пучка.
Цель изобретения - увеличение длительности импульса тока ускоренных электронов.
Поставленная цель достигается тем, что в известном ускорителе электронов, содержащем высоковольтные генераторы, импульсного напряжения, электронную пушку, первый электрод которой заземлен, а второй подключен к высоковольтному выходу генератора импульсного напряжения, и систему питания и синхронизации, электронная пушка снабжена дополнительными электродами, прозрачными для электронов, расположенными последовательно и соосно основным электродам, разделенными изоляционными промежутками и подключенными к высоковольтным выходам импульсных генераторов, вторые выходы которых объединены и подключены к первому электроду.
Сущность изобретения поясняется на чертеже, где приведена схема ускорителя.
Ускоритель электронов состоит из нескольких вакуумных промежутков, которые образованы электродами 1, 2 и 3 и разделены изоляторами 4 и 5. Электрод 1 является первым и общим анодом и заземлен, а электроды 2 и 3 прозрачные для последующих ускоренных электронов, соединены с генераторами высоковольтных наносекундных импульсов 6 и 7 соответственно, каждый из которых имеет собственную систему питания и запуска 8 и 9.
Устройство работает следующим образом.
Генератор высоковольтных ускоряющих наносекундных импульсов 6 заряжен от системы 8 и в необходимый момент времени запускается. Ускоряющий импульс напряжения подается на электрод 2, который является катодом промежутка, образованного электродами 1 и 2, и электроны, эмиттируемые из электрода 2 в процессы взрывной эмиссии, ускоряются в промежутке и выводятся через анод 1.
В момент перемыкания плазмой ускоряющего промежутка 1-2 запускается генератор 7. Импульс генератора 7 подается на электрод 3. Так как при закорачивании плазмой ускоряющего промежутка между электродами 2-1 потенциал электрода 2 будет равен потенциалу электрода 1, т.е. потенциалу "земли", то в этом случае электрод 2 уже будет играть роль анода для ускоряющего промежутка 2-3, в котором также будет происходить ускорение электронов. Наличие плазмы в ускоряющем промежутке 1-2 позволит практически без потерь пройти электронному пучку, ускоренному в промежутке 2-3. Таким образом, данное устройство позволяет получать электронный пучок, длительностью вдвое превышающей длительность импульса ускорителя приведенного в прототипе и может быть увеличена добавлением дополнительных ускоряющих промежутков.
Кроме данного режима работы предлагаемый ускоритель позволяет получить серию электронных пучков с малыми интервалами между отдельными пучками, что достигается включением каждого последующего генератора с некоторой задержкой относительно окончания импульса предыдущего.
Электроды 2 и 3 можно выполнить в виде диафрагм с отверстием, сеток, тонких фольг. При перемещении всей электронной пушки в сильное продольное магнитное поле электроды 1, 2, 3 можно выполнить в виде коаксиально расположенных цилиндров с развитой внешней поверхностью, причем первым анодом будет служить цилиндр. В этом случае возможно увеличение длительности электронного пучка, так как наличие магнитного поля уменьшает скорость разлета прикатодной плазмы.
При приложении ускоряющего напряжения, например к электроду 2, возможна эмиссия электронов не только в направлении электрода 1, но и в направлении электрода 3. Для уменьшения потерь необходимо выполнение условия:
Z₁ < Z₂ < Z₃ и т.д., где Z₁ - импеданс первого промежутка;
Z₂ - импеданс второго промежутка и т.д.
Импеданс промежутка катод - анод зависит от межэлектродного расстояния, поэтому при выполнении выше указанного условия, каждый последующий зазор будет больше предыдущего.
Такая конструкция ускорителя позволит существенно увеличить длительность электронного пучка и расширить функциональные возможности ускорителя, поскольку он способен обеспечить серию пучков с малыми интервалами между ними.