Устройство для генерации наносекундных видеоимпульсов

, Н 03 К 35 иотехни е мощоветд н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ(71) Московский институт рад ки, электроники и автоматики и Московский. государственный университет им М.В. Ломоносова(56) 1, Месяц Г.А. Генерировани ных наносекундных импульсов. "С ское радио", 1974, гл, 10.2. фРадиотехника и электроника", 1976, 9 5, с. 1106-1110, 1115-1118. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЗИ ГЕНЕРАЦИИ НАНОСЕКУНДНЫХ ВИДЕОИМПУЛЬСОВ, содер;: жащее источник электронов, систему формирования и фокусировки электронногр пучкасистему отклонения электронного пучка и линию передачи с внешним проводником со щелью для,801014132 А прохождения электронного пучка, внутренним проводником с разъемами навходе и выходе, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью повышенияКПД устройства, на наружной стороне внешнего проводника линии передачи укреплен дополнительно введенныйпостоянный магнит магнитный зазоркоторого расположен напротив щеливо внешнем проводнике линии переда.чи таким .образом, что направлениесиловых линий в зазоре перпендикулярно к продольной оси линии переда.чи, причем высота зазора и напряженность магнитного поля связаны междУсобой соотношением Ьн = 2450- ,0М 511,высота зазора, см;напряженность поля, э,- рабочее напряжение истка электронов, яВ.ЬН = 2450 -Ч 51О Изобретение относится к радиотехнике, к технике генерирования ультразвуковых видеоимпульсов длительностью короче 10 нс и может быть использовано для генерации мощных импульсов при исследованиях по воздействию высоких плотностей энергии на вещество, а также для генерации мощных импульсов излучения, в частности для генерации импульсов с напряжением 0,1-50 МВ и выше, что при волновом сопротивлении линии генератора 50 Ом соответствует уровню мощности в импульсе 0,2 - 50 ТВт и выше.Известны устройства для генерации ультразвуковых импульсов, исполь зующие различного рода разрядники, в которых применяется генератор с разрядом емкости или генератор с разрядом линии. В таких устройствах емкость или разомкнутая линия медлен йо заряжается от источника напряпения, затем через разрядник разряжается на нагрузку Ц .Недостатки устройств: сравнитель но. большая инерционность разрядни ков, вследствие чего длительность мощного импульса не удается сделать короче 10 - 50 нс, а также в силу нестабильности работы разрядников имеет место нестабильность формы и момента возникновения переднего фронта импульса, кроме того из-за авто- электронной эмиссии статическое нап" ряжение на накопительной линии ограничено и, тем самым ограничена мощность генератора.35Одним из наиболее совершенных гене раторов такого типа является модуль генератора Ангара.Однако из-за малой мощности каждого модуля необходимо применять па раллельно работающие 48 модулей, что связано.с увеличением размеров и стоимости, трудностью синхронизации и, что самое главное, трудностью использования энергии синтеза и ис-. пользования нейтронного излучения реакции.Наиболее близким к изобретению является устройство для генерации видеоимпульсов на основе однородной що линии передачи, в котором пятно электронного пучка сканирует вдоль линии передачи со скоростью, равной скорости волны в линии.по направлению к выходному разъему линии передачи. Устройство содержит источник электронов, выход которого связан с входом системы формирования и фокусировки электронного пучка, а также системы отклонения пучка и однородную линию .передачи с внешним 6 О проводником со щелью для прохождения пучка электронов, внутренним проводником и разъемами на входе и выходе. Напряжение на линии возникает на очень короткое время, и притом не 65 статическое, а в виде бегущей волны. Поэтому допустимы существенно большие токи автоэлектронной эмиссии Г 2.Недостатком известного устройства на высоких уровнях мощности является падение КПД, связанное с тем, что для получения высокого уров ня мощности необходимо применить высокие напряжения источника электронов, при которых скорости электронов приближаются к скорости света. Электроны с такими скоростями сильно взаимодействуют с магнитным полем волны. Магнитное поле поворачивает электроны и нарушает режим зарядки внутреннего проводника линии, что вызывает падение КПД возбуждения.Целью изобретения является повышение КПД устройства.Поставленная цель достигается гем, что в устройстве для генерации наносекундных видеоимпульсов, содержащем источник электронов, систему формирования и фокусировки элек" тронного пучка, систему отклонения электронного пучка и линию передачи с внешним проводником со щелью для прохождения электронного пучха, внутренним проводником и разъемами на входе и выходе, на наружной сто роне внешнего проводника линий передачи укреплен дополнительно введенный постоянный магнит, магнитный зазор которого расположен напротив щели во внешнем проводнике линии передачи таким образом, что направление силовых линий в зазоре перпендикулярно к продольной оси линии передачи, причем высота зазора и напряженность магнитного поля, связаны между,собой соотношением где И - высога зазора, смН - напряженность магнитного поЭЦ " рабочее напряжение источника электронов, кВ.На фиг. 1 показана схема устройства для генерации наносекундных видеоимпульсов, на фиг. 2 - разрез А-А На фиг, 1.Устройство содержит источник 1 релятивистских электронов, выход которого связан с входом системы 2 формирования и фокусировки электронного пучка, а также системы 3 отклонения пучка и линию 4 передачи с внешним проводником 5 со щелью б для прохбждения пучка электронов, внутренним проводником 7 и разъемами на входе 8 и выходе 9. На наружной стороне внешнего проводника 5 линии 4 передачи укреплен постоян1014132 од г Фйй, г ВНИИПИ Заказ 3038/67 Тираж 934 Подписнотттту тт ттаааттттттттттттттттттттилиал ППП фПатентф г.ужгород,ул.Проектная,4 ный магнит, состоящий из магнитопровода 10 и полюсных наконечников 11,магнитный зазор 12 которого распот.ложен напротив щели 6 во внешнем проводнике 5 линии 4, а силовые линии .13 магнитного поля в зазоре 12 перпендикулярны к продольной оси линии4 передачи.Устройство работает следующимобразом.Электронный поток создается в источнике,1 электронов, запуск которого осуществляется устройством синхронизации (не показаноГ, Далее с помощью .системы 2 формирования и фокусировки формируется электронный 15пучок. Этот пучок сканирует с помощью системы 3 отклонения вдоль линии4 передачи со скоростью, равной скорости волны, распространяющейся понаправлению к раэъему на выходе 9линии 4 передачи. При этом между внутренним и внешним проводниками 7 и 5,линии 4 передачи возникает электромагнитная волна, бегущая от началалинии к ее разъему на выходе 9. Таким.образом, на выходе линии ( разъем на выходе 9) возникает ультракороткий видеоимпульс. К разъему навходе 8 обычно подключается балластная нагрузка ( не показана), котораяпоглощает электромагнитную волну,бегущую в обратном направлении, которая может возникнутв в реальнойконструкции изтза различных неточностей,Длительность выходного импульса З 5при этом равна ширине электронногопятна, деленной на скорость света,а время генерации импульса - длинелинии деленной на скорость света.Выходной импульс может быть в сотни 40раз короче, чем время генерации, итем самым импульсная мощность. источника электронов может. быть в сьот- а ни раз меньше мощности выходного им" пульса.: Электроны пучка, проходя зазор 12 между полюсными наконечниками 11 магнита, отклоняются магнитным по лем и через цель 6 во внешнем проводнике 5 линии 4 передачи входят в про" странство между внутренним и внешним проводниками 7 и 5.линии под опредет; ленным углом Ы к продольной оси линии 4 передачи. Этот угол должен определяться из расчета, чтобы обеспечить максимальный КПД.При оптимальном угле входа элек тронов в линию 4 происходит полная остановка электронов пучка на внутреннем проводнике 7 линии 4 передачи с полной передачей всей запасен . ной пучком энергии волне. Теоретический КПД возбуждения устройства равен 100.Предложенное устройство имеет следующие преимущества.При малых энергиях электронов А (до 100 кэВ) КПД известного устройства равен приблизительно 50, а КПД устройства с неоднородной линией передачи приблизительно 90. При дальнейшем увеличении энергии электронов свыше 100 кэВ ) КПД обоих устройств начинает довольно быстро падать. При энергии около 10 ИзВ КПД возбуждения известного устройства не превышает 10. В качестве базового объекта используем параллельно работающие модули генератора Ангара. КПД модуля генератора Ангараприблизительно 50 по отношению к энергии, запасенной в накопителе.Изобретениепозволяет получитьзначительно большие мощности в еди ничном модуле и избежать системя из параллельно работающих модулей.