Способ ускорения электронных сгустков и устройство для его осуществления

191 (11 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1511 Н 05 04 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕПЬСТВУ Р СКОМУ ичаюшийс уменьшения энер стка к сгустку п рядов, инжекцию течение времен мени распростра волны поперек н устков в каждой новой скоростью. отл целью я тем, что, сетического .спадаи ускорении больсгустков осуществ, равного двойноения электромагаправлення ускореячейке накопителя т сгщихляют ния.с с гру твления споектронныйВЧ энергии, , - м колебания ем СВЧ энертем что 12, 3, 1965 е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Научно-исследовательский институтядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова(56) 1. Харвей А. Техника сверхвысокихчастот, Сов. рацио, 1965.2, Иремашвили Д. В. и др. Сильноточный резонаторный ускоритель электронов.ПТЭф И 2 ю 1967 вЗйв 1 егб,Тгап Ж 5(прототип),(54) СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СГУСТКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ ускорения электронныхсгустков электрическим полем резонансного объемного накопителя СВЧ энергии,2, Уст соба по п.инжектор, волноводнь . 10 р 1 яв ,гии, отл резонатор резонатор верстий д П 2 юА сгустков, резонатор пространс ройство для осушес1, включакзцее элгенератор накачки С й резонатор с типо ляющийся накопител ичаюшеес я изогнут так, что длины ячеек а от одной пары пролетных ото другой равны И/Э, где . - количество ускоряемыхИзобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано цля ускорения электронных сгустков до больших энергий цдя целей генерации мощных СВЧ импульсов, для инжекции в ускорите 5 ди, цля получения-излучения и т, ц,Известен способ ускорения электрон ных сгустков электрической компонентойСВЧ поля в водноводной ускоряющей струкНедостатком данного способа ускорения является большой энергетический разброс от сгустка к сгустку. Это связано с тем, что при ускорении первого сгуст ка энергия, а следовательно фд напряжен-, ность поля в резона горе уменьшается Чтобы компенсировать уменьшение энергии в Резонаторе при этом способе ускорения необходимо иметь мощность ВЧ 55 генератора в сотни мегаватт 1(роме того, такой ускоритель имеет большие габариты и вес, что связано с использованием7 В 6461 . аоборуцования метрового диапазона длинволн.Известен способ ускорения .электронных сгустков с большим зарядом в котором ускорение осуществляется за счетСВЧ энергии, накопленной в резонаторебегущей волны3 . При этом способе ускорение энергии производится вускоренном диафрагмированном волноводетуре типа сложенного волновоца Я10 включенном в волноводное кольцо резонаВ этом способе ускорения. энергия тора бегущей волны, После накопленияСВЧ генератора накапливается в изогну- энергии в циафрагмированный волноводтом резонаторе стоячей волны, После цос- инжектируют электронные сгустки, которыетижения эацанной напряженности электри- ускоряются и отбирают запасную энергиюческого поля в резонатор. инжектируют 5 Направление ускорения сгустков при атомэлектроны, котсрые при ускорении отби- параллельн гр Йпа аллельно групповой скорости электрорают энергию из резонатора. Убыль энергомагнитной в лны Убмагнитной волны, Убыль энергии в ячейгии в резонаторе компенсируют энергией, .ках циафрагмированного волновоца компенпоступающей в него от генератора, что , сируется за счет энергии, поступакздейпозволяет подцерживать в резонаторе пос- из обьема накопителя. При стационарном20тоянное значение напряженности электри- Режиме ускорения энергия бегущей волныческого поля. Время ускорения электронов заключенная в объеме накопителя с раэпри этом примерно равно цдительности мерами, равными длине волнь 1, должнаимпульса генератора СВЧ. поровну распределяться всеми ячейкамиОцнако такой способ ускорения имеет ускоряющего циафрагмированного волно 25малую величину ускоряемого заряда. Это вода. Эта часть энергии определяет зарядсвязано с тем, что при нормальной рабо- и прирост энергии сгустка в ячейке диафте такого ускорителя увеличение энергии рагмированного вывода.электронных сгустков при, ускооении не Недостатком такого способа ускоренияможет превышать энергии СВЧ поля пос- является увеличение энергетического спатупающей от генератора,30ца от сгук к сгустку при ускри ускорении,Известен- способ ускорения электрон- сгустков с большим зарядом. При увелиных сгустков который позволяет значите чении эаряца сгустков головные сгусткидьно увеличить величину ускоряемого заряда отбирают большую часть накопленной энерза счет отбора энергии СВЧ поля, прецвари- гии уменьшая напраженность алектричестельно накопленной в ускоряющем резона 9 З 5 кого поля, и последующие электр не электронные сгу-,торе Я . В этом способе ускорениестки приобретают меньшую энергию.электронов проводится за счет энергии, Белью изобретения является уменьшенакопленной и тороицальном резонаторе ние энергетического спаца от сгустка кметрового диапазона длин волн. После сгустку при ускорении больших зарядов.возбужцения Резонатора и достижения 40 ;Согласно изобретению, указанная цельтребуемой напряженности электрического достигается тем, что в способе ускоренияполя в ускоряющий зазор инжектируют электронных сгустков электрическим полемэлектронные сгустки, которые ускоряются резонансного объемного накопителя СВЧза счет анергии, поступающей к ускоряю- инжекцию сгустков осуществляют в течещему зазору из объема резонатора. 45 ние времени, равного цвойному временираспространения алектромагнитной волныпоперек направления ускорения сгустковв кажцой ячейке накопителя с групповойскоростью. Энергию СВЧ генераторанакапливают в резонаторе стоячих волн.Стоячая водна в резонаторе может бытьпрецставлена в виде суммы двух бегущихволн, вектор групповой скорости которыхнаправлен вцоль резонатора. При прохож.цении ускоряющего промежутка сгустокотбирарт энергию электромагнитной волны и его окрестности. Следующие сгусткиускоряются за счет энергии, поступающей3 7664к ускоряющему промежутку из ячеек резонатора, Энергия вопи, движущихся к ускоряющему промежутку, постоянна и не зависит от величины ускоряемого сгустка,поэтому прирост энергии ускоряемых сгустков одинаков,Ниже приводится пример реализацийданного способа.Устройство для реализации данногоспособа схематично изображано на чертеже.Оно содержит электронный инжектор 1,генератор накачки СВЧ энергии 2,волноводный резонатор 3 с типом колебания Н 10являющийся накопителем СВЧ энергии, 15при этом резонатор изогнут так, что длины ячеек резонатора от одной пары пролетных отверстий до другой равныПЗ7 я, где П2,3 - количество/ускоряемых сгустков, 6 - длина волны 20в волноводе резонатора, Я - длина волныв свободном пространстве, фокусировкаускоряемых эпектронных сгустков производится фокусирующими катушками 4, раоположенными между ускоряющими промежутками, Расстояние между центрами ускоряющи промежутков вдоль их оси равны МТ, где М средняя скорость элек-, .тронов, 7 - периодСВЧгенервтора. Воз 4,буждение резонатора от СВЧ генератора.производится через отверстие связи,расположенное на одном из концов резо 61 4,нвторв. В качестве инжектора использует ся сильноточная наносекундная пушка,При возбуждении резонатора в нем устанавливается режим стоячих волн и происходит накопление СВЧ энергии После достижения требуемой напряженности поля в резонатор инжектируют электронные сгустки, которые ускоряются в ряде последовательных ускоряющих промежутков , Величину инжектируемого заряда выбирают такой, чтобы при пропете головного сгустке через каждый ускоряющий промежуток отбиралась большая часть энергии, накопленной в его окрестности. Последующие сгустки ускоряются за счет энергии, накопленной в ячейках резонатора и поступающей к ускоряющим промежуткам , Стоячую волну в резонаторе можно представить в вице суммы двух бегущих волн, распространяющихся навстречу друг другу. Пучком отбирается энер- . гия у двух волн, идущих в направлении кускоряющему промежутку. Число ускореннык,сгустков равно числу периодов СВЧ поля эа время пробега волны вдоль ячейки резонатора от одного ускоряющего промежутка до другого с групповой скоростью. Расстояние между центрами ускоряющих промежутков вдоль ,их осп выбираются ,такими, чтобы в каждый ускорякаций ,промежуток электроны входили в одной и той же фазе СВЧ колебаний.