Ускоритель заряженных частиц

Союз СоветскихСоцналнстнческнхРеслублнк Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ(51)м, Кл,з Н 05 Н 5/00 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственны 1 комнтет СССР яо дедам нзобретеннй н открытнй(088.8) Опубликовано 15,06,81, Бюллетень ЙЯ 22 Дата опубликования описания 1506,81(72) Авторы изобретения Е.А.Абрамян и Г.Д.Кулешов Институт высоких температур АН СССР(54) УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Изобретение относится к техникеускорения заряженных частиц и можетбыть использовано при разработкеэлектронных и ионных ускорителей.5Известны ускорители заряженныхчастиц, содержащие индуктивный накопитель и ускорительную трубку 11 и 2Известны также ускорители заряженных частиц, содержащие индуктивныйнакопитель и ускорительную трубку, . включенные последовательно с источником тока 31 . Роль коммутирующегорлрмента в этой конструкции выполняет сама ускорительная трубка. Генерирование импульсов ускоряющегонапряжения достигается при уменьшении тока в индуктивности путем измеиения первеанса ускорительной трубки посредством переключения напряжений на многосеточной системе при переходе из режима накопления энергии в режим генерирования высоковольтного импульса.Необходимость использования большого количества сеток (100) снижает КПД устройства из-за потерь электронов на электродах. Усложнение ускорителя, снижение его надежности и КПД обусловлены также применением в конструкции многочисленных резис торов (.50) й переключающих разрядников (.50), а также дополнительной магнитной фокусировки, которая может привести к дрейфу частиц со сбросом их на элементы конструкции и возникновению разряда Пеннинга. Значительны потери на стадии накопления энергии из-за относительно высокого падения напряжения на трубке, работающей в режиме рекуперации.Цель изобретения - повыаение КПД и надежности ускорителя.Это достигается тем, что по крайней мере, один из электродов ускорительной трубки выполнен подвижным с воэможностью периодического изменения межэлектродного расстояния,В частном случае анодный электрод предлагаемого ускорителя может быть вЫполнен в виде диска с возмож-ностью его вращения вокруг оси, параллельной оси ускорительной трубки, и снабжен со стороны катодного электрода профилированными выемками, расположенными по окружности на периферии диска.В такой конструкции изменение первеанса Р достигается изменением зазора д между анодом и катодом трубки: Р ь д . В фазе накопления энергии индуктивности межэлектродный зазор устанавливается минимальным.Это обеспечивает большую величинупервеанса, малое внутреннее сопротивление трубки и падение напряжения на ней, и, соответственно, малые потери энергии в процессе накопления, что повышает КПД всего устройстна. В Фазе генерирования высоковольтного импульса зазор междукатодом и анодом увеличивается, темсамым уменьшается первеанс и соответственно увеличивается внутреннеесопротивление трубки, вызывающиеуменьшение тока в цепи индуктивностии возбуждение высоковольтного импульса напряжения на электродах трубкив схеме с индуктивным накоплениемэнергии. Одновременно достигаетсямаксимальная электрическая прочностьускоряющего промежутка.1 Геометрия электродов и характерперемещения подвижного электрода новремени позволяет получить требуемоесоотношение между длительностями Фазнакопления и генериронания высоковольтного импульса,На Фиг. 1 изображен предлагаемый .ускоритель с трубкой, имеющей вращающийся анод, на Фиг. 2 - вариантускорителя с возвратно-поступательно движущимся анодом.Ускоритель заряженных частиц содержит индуктивный накопитель 1, вакуумную ускорительную трубку 2 с катодом 3 и анодом 4, источник 5 тока.На валу двигателя б насажен анод,выполненный в виде диска, с возможностью вращения вокруг оси, параллельной траектории пучка, и расположенными на его периферии выемками 7фиг.1) . При вращении анода зазормежду анодом и катодом будет периодически изменяться. Аналогичное изменение величины мекэлектродного зазорав трубке достигается при возвратнопо тупательном движении анода засчет вращения кулачка.8. Кроме того,может быть применено тягоное электромеханическое реле 9 с приводом каноду 4 фиг.2) . Ускорительная трубка 2 может быть снабжена управляющим электродом 10 и контактами 11.Индуктивный накопитель размещаетсян корпусе 12 в среде с высокими дугогасительными и электропрочностныии свойствами, например в элегазепод давлением. Высоконольтный вводв вакуум осуществляется через изолятор 13. В анод 4 может быть выполнен канал для прохождения пучкаускоренных частиц 14. На корпусетрубки устанавливается мишень илипрозрачное для ускоренных электроновокно 15 для выпуска пучка в атмосФеру.Укоритель заряженных частиц работает следующим образом. 5 30 5 2 О 25 30 35 4 О 45 5 О Включается, накал катода 3 и осуществляется его разогрев до рабочей температуры, приводится в движение анод 4, включается источник 5 питания. На стадии, когда зазор трубки минимален, происходит накопление электрической энергии н индуктивном накопителе 1. Ток протекает через ускорительную трубку 2 или, при наличии контактов 11, через эти контакты. После завершения фазы накопления контакты 11 размыкаются, зазор между электродами 3 и 4 начинает увеличиваться (первеанс трубки и ток пучка уменьшаются), а напряжение на трубке возрастать. Подачей управляющего напряжения на сетку 10 можно воздействовать на ток пучка, а следовательно, на амплитуду и Форму генерируемого импульса напряжения. Частота следования импульсов определяется параметрами двигателя б или реле 9.Отсутствие сложной электронно- оптической системы, состоящей из большого числа электродов, существенно упрощает конструкцию ускорителя, повышает его надежности и обусловливает некритичность устройства к параметрам электронного пучка. Возможность изменения пернеанса ускорительной трубки н значительных пределах благодаря обратной квадратичной зависимости от расстояния между электродами) позволяет на одном зазоре существенно повысить амплитуду генерируемого импульса напряжения и, следовательно, энергию ускорения.Использование управляющего электрода, например в виде сетки, расположенной вблизи катода, обеспечивает дальнейшее повышение напряжения на электродах трубки и энергии ускоренных частиц.При подаче запирающего потенциала на сетку происходит уменьшение первеаи" са, трубки и достигается управление формой генерируемого импульса напряжения. Повышение КПД устройства может быть достигнуто также при включении параллельно ускоряющему зазору контактной группы, замыкающей цепь индуктивности в фазе накопления энергии. При этом падение напряжения на трубке равно нулю, а потери энергии в ней отсутствуют. Формула изобретения 1. Ускоритель заряженных частиц, содержащий индуктивный накопитель и ускорительную трубку, включенные последовательно с источником тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и надежности, по крайней мере, один из электродов ускорительной трубки выполнен подвижным с возможностью пернодическо668552 Составитель Е.Медведев Техред Е. Гаврилешко Ко тор, Н.Сте С. Сурк Ред Тираж 889 Подпрственного комитета СССРобретений и открытий-35, Раушская наб., д. 4/5 28/18ВНИИХИ Госудпо делам и3035, Москва,Зака о илиал ППП "Патент", г. Ужгород ктная го изменения межзлектродного расстояния,2. Ускоритель по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что анодныйэлектрод выполнен в виде диска своэможностью его вращения вокругоси, параллельной оси ускорительнойтрубки, и снабжен со стороны катодного электрода профилированными выемками, расположенными по окружности.на периферии диска,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Абрамян Е.А. и др. Ускорительзаряженных частиц. - ЖТФ, 1971,т. 44, вып. 5, с. 1047. 2. Авторское свидетельство СССР9320242, кл. Н 05 Н 5/00, 1972.3. Абрамян Е.А. и др. Ускорительзаряженных частиц. - ПТЭ, 1975, У 3,с. 25-30.,