Линейный ускоритель электронов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) 01) сю Н 05 Н 9/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц.м степс(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени инженерно-физический институт(56) Авторское свидетельство СССРУ 624546кл.ф Н 05 Н 7/02, 26.04.77,(54) (57) ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЪ ЭЛЕКТРОНОВ по авт. свид. У 624546, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения выходной энергии ускоряемых электронов,в него введены два симметрично расположенных высокодобротньм резонатора, вклю ченные в цепь обратной связи через высокочастотный мост, и устройства для ступенчатого изменения коэффициента связи.1123524 Изобретение относится к ускорительной технике, конкретно - к сильноточным ускорителям заряженныхчастиц с малой длительностью им 1пульса тока, и предназначено для 5использования в ядерной физике, радиационной химии, активационноманализе, дефектоскопии и т,д.Наиболее близким известным техническим решением является линейный 10ускоритель электронов по основномуавт.св. У 624546, содержащий инжек-.тор, две ускоряющие секции, источник высокочастотной мощности, соединенный через волноводный тракт, вклю чающий фазовый инвертор, с первойускоряющей секцией, а высокочастотные вход и выход второй секции соединены с .цепью обратной связи, со.держащей фазовращатель 11. 20Вторая секция вместе с каналомобратной связи образует резонаторс бегущими волнами (РБВ), которыйвыполняет функции накопительногои ускоряющего устройства. 25Рабочии цикл ускорителя состоитиз двух периодов. На первом происходит возбуждение РБВ сгруппированным релятивистским пучком, Причемполе во второй секции воздуждаетсяв противофазе по отношению к фазеколебаний в первой секции. Послеустановления стационарного режимаинвертируется фаза колебаний навходе первой ускоряющей секции. Приэтом в оставшуюся часть импульсачастицы будут ускоряться как впервой, так и во второй секциях.В таком устройстве невозможноувеличить энергию заряженных частиц на выходе ускорителя более,40чем в два раза, по сравнению с энергией частиц инжекционного ускорителя, добротность используемого нако-,пителя. недостаточно высока.Целью изобретения является увеличение выходной энергии ускоряемыхэлектронов.Поставленная цель достигается темчто в известный линейный ускорительэлектронов по авт. св. У 624546 50введены два симметрично расположенных высокодобротных резонатора, включенных в цейь обратной связи черезвысокочастотный мост и устройствадля ступенчатого изменения коэффициента связи.Таким образом, поставленная цельдостигается путем разделения функ 2,ций накопительного и ускоряющего,устройств. Накопление энергии происходит в высокодобротных резонаторах, а отбор энергии пучка осуществляется в секции замедляющей структуры.Структурная схема ускорителя представлена на чертеже,Ускоритель состоит иэ инжектора 1, первый ускоряющей секции 2, питание которой осуществляется от генератора СВЧ-мощности 3 с фазовым инвертором в выходном каскаде, и накопительного устройства, включающего в себя вторую ускоряющую секцию - отрезок замедляющей структуры(например, круглого диафрагмированного волновода)4, вход и выходкоторого соединены линией обратной связи с фазовращателем 5, В трактобратной связи через высокочастотный мост 6 включены высокодобротные резонаторы 7 с устройствами 8 дляступенчатого изменения коэффициентов связи. При этом фазовращатель5 настроен так, что электрическая длина тракта обратной связи от выхода второй ускоряющей секции 4 до устройств 8 для ступенчатого изменения коэффициентов связи и от данных устройств 8 до .входа во вторую ускоряющую секцию 4 выбирается равной 360 С.Устройство работает следующим образом.В течение первой (основной) части длительности импульса тока пучка происходит запасание энергии поляизлучения в резонаторах 7. Процесс запасания энергии в резонаторах можно интерпретировать следующим образом. В начальный моментвремени почти вся энергия поля излучения отражается от резонаторови накапливается в резонаторе с бегущими волнами, образованными второй ускоряющей секцией и трактомобратной связи, Вследствие этогомощность ВЧ-поля, падающего на аппаратуру связи резонатора 7, быстровозрастает. В стационарном режимепетля обратной связи оказываетсяразорванной, так как вся излученнаяво второй секции энергия ВЧ-поляпоступает только в резонаторы 7,компенсируя омические потери в нем. В переходном режиме амплитуда мощности ВЧ-пЬля, падающего на ре1123 0 Редактор Л.утехина Техред ЛМикеш Корректор Е.Рошко Заказ 7026/3 Тираж 793 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская. наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4.зонаторы, превышает мощность поля,поступающего в резонаторы в установившемся режиме. Это приводит кувеличению скорости нарастания амплитуды поля в резонаторах 7, Следовательно, возможно использоватьвысокодобротные резонаторы для на. -копления энергии поля излученияпри тех же параметрах пучка, что ив прототипе.В.течение второй части импульсатока энергия, накопленная в резонаторах, используется для ускорениязаряженных частиц. Это осуществляется устройствами 8 для изменения 1коэффициента связи резонаторов 7,позволящими быстро перевести накопленную в резонаторах энергию вовторую ускоряющую секцию 4. Приэтом электрическая длина трактаобратной связи от резонаторов 7 довхода в секцию 4 выбрана так, чтобыполе, поступающее из резонаторов 7в секцию 4, было ускоряющим для пучка. 25Данное устройство имеет сущеетвенные преимущества по сравнениюс ускорителями с накоплением энергии в РБВ,Применение накопительного устройства, в котором разделены функциинакопления и использования энергии,позволяет накапливать энергию в высокодобротных резонаторах, что дает 524 4с возможность увеличить амплитуду тока пучка, пролетающего через накопительный элемент.Это позволяет запасти больше энергии ВЧ-поля излучения пучка, чем в прототипе - базовом объекте, и обусловливает больший прирост энергии частиц в накопительном элементе. Как показывают расчеты, прирост энергии частиц в накопительном элементе заявляемого объекта в 1,5-2 раза больше, чем в .прототипе.В качестве примера рассмотрим результаты расчета ускорителя с накопительным элементом с параметрами, которые являются типичными для ускорителей на малую энергию. Длина ускоряющей секции 2 м. Собственная добротность резонаторов 60000а/Ъ = 0,14.При этих значениях длительность интервала времени, втечение которого амплитуда поля в резонаторах достигает своего максимального значения, составляет л 2,3 мкс, что примерно соответствует времени возбуждения резонатора с бегущими волнами; образованного отрезком КДВ той же длины с линией обратной связи.Для выбранных выше параметров предложенное устройство позволяет увели-. чить энергию на выходе ЛУЭ в 1,6 раза по сравнению с прототипом.