Устройство для модуляции сильноточного электронного пучка

(51) НО 5 Н 7 ГОСУДАРС ПО ДЕЛА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ И(56) 1, Клеен Вронику СВЧ М 16О 88.8Ввей1 Со ние в электрадио", 1963,с. 5 2. Доля С,Н. и др.трубчатого пучкаонатором. ПрепринтИ, Дубна, 1981. руппировааксиальнымРУ-71,и МОДУЛЯЦИИННОГО ПУЧКА,ельно и соосноси устройстватемы с вакуумЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯСИЛЬНОТОЧНОГО ЭЛЕКТРсодержащее последоваустановленные вдолькатушки магнитной си 801109033 А;ной камерой внутри них, в которойпоследовательно расположены катод,анод, лайнер, коллектор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюуменьшения частоты модуляции,лайнер выполнен из двух последовательно расположенных частей, одначасть лайнера соединена с анодомнепосредственно, а вторая - черезкороткий соленоид, соосный катушкаммагнитной системы, в котором устанолена диафрагма, имеющая электрический контакт с соединенной с анодомчастью лайнера, а в месте расположения короткого соленоида расстояние между катушками магнитной системы больше, чем на остальной длинеустройства,Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для ускорения ионов волнами плотности заряда, возникающимипри пропусканни модулированного 5электронного потока через пространственно-периодические структуры, атакже для генерации мощных ВЧ-электромагнитных волн.Известно устройство для модуляции 10 .электронного пучка с помощью сетки,через которую проходит поток электронов и на которую подается модулирующее напряжение 1 .Это устройство оказывается непригодным для модуляции сильноточныхэлектронных пучков (СЭП) в связи стем, что пучок разрушает сетку, авыходное напряжение ВЧ генератора" должно быть соизмеримо с напряжением, подаваемым на катод электронногодиода (при выходном напряжении ВЧгенератора порядка 1 МВ мощностьэтого генератора должна быть порядка 1 ГВт, что технически не реализуемо),Наиболее близким по техническойсущности является устройство для модуляции СЭП с помощью цепочки четвертьволновых коаксиальных резонаторов, через которые проходит инжектируемый электронным инжектором пучок.Корпуса резонаторов образУют лайнер,помещенный в вакуумную систему, снаружи которой установлены Фокусирующие катушки 21 . Модуляция пучкаосуществляется высокочастотным полемрезонатора, который возбуждаетсяпроходящим электронньм пучком, Этоустройство эффективно применяется при 4 Очастотах модуляции свыше 500 МГц. Этосвязано с тем, что применяемые резонаторы имеют линейные размеры, соиз"меримые с длиной волны 3 ( при500 МГц Ф = 0,6 м). Для уменьшения 45частоты модуляции необходимо увеличивать длину модулирующей секции до величины порядка нескольких метров, чтов свою очередь, приводит к резкомуснижению эффективности модуляции.Таким образом, недостатком устройства является невозможность модуляциив диапазоне 11-100 МГц, которыйявляется наиболее пригодным для ускорения ионов с энергией инжекции10-500 кэВ,Целью изобретения является уменьшение частоты модуляции электронногопучка. Поставленная цель достигается тем,что в известном устройстве для модуляции сильноточного электронного пучка,содержащем последовательно и соосноустановленные вдоль оси устройствакатушки магнитной системы с вакуумной камерой внутри них, в которой последовательно расположены катод, анод,лайнер, коллектор, лайнер выполнениз двух последовательно расположенныхчастей, одна часть лайнера соединенас анодом непосредственно, а вторая -через короткий соленоид, соосный катушкам магнитной системы, в которомустановлена диафрагма, имеющая электрический контакт с соединенной с -анодом частью лайнера, а в месте расположения короткого соленоида расстояние между катушками магнитной системы больше, чем на остальной длинеустройства.На чертеже изображена схема устройства, с помощью которого может бытьреализована модуляция сильноточногоэлектронного пучка,В вакуумную камеру 1, поверх которой расположены катушки магнитнойсистемы 2, помещен металлический лайнер, состоящий из двух частей 3 и 4,изолированных друг от друга. Перваячасть 3 лайнера непосредственно соединена с анодом 5, а вторая часть 4лайнера электрически соединена с ано.дом 5 через короткий соленоид 6.Диафрагма 7, расположенная в центрекороткого соленоида 6 имеет электрический контакт с частью 3 лайнера.Катод 8 спужит для инжекции пучкаэлектронов, На схеме также изображенколлектор 9.Устройство работает следующим образом. При попадании, например, трубчато го электронного пучка на коллектор 9 в соленоиде 6 начинает протекать ток, создающий продольное магнитное поле, направленное противоположно внешнему удерживающему магнитному полю магнитной системы 2. В месте расположения соленоида 6 величина внешнего удерживающего поля выбрана меньшей, но достаточной для удержания пучка и прохождения его через диафрагму 7. Так как магнитное поле соленоида 6 направлено противоположно удерживающему полю, суммарная величина маГнитного поля, воздействунищего на пучок уменьшается. Приэтом радиус пучка согласно закону сохранения магнитного потока ( 8 = = сопят) увеличивается. Если в центре соленоида поместить диафрагму 7, то при некотором значении тока в 5 соленоиде 6 пучок высадится на диафрагму 7 и ток соленоида начнет уменьшаться. При уменьшении тока до некоторого значения пучок вновь уменьшит свои размеры и попадет на 10 коллектор 9. В дальнейшем процесс будет повторяться.Эквивалентную схему этой системы можно представить в виде последовательного соединения источника напря жения, импеданса диода и параллельно соединенных индуктивности соленоидаи емкости. между изолированны. ми частями лайнера С . Соответствующим подбором ., С , параметров пуч ка, лайнера и внешнего магнитного поля можно обеспечить в той системе автоколебательный процесс на резонан. сной частоте системы.В качестве примера рассмотрим 25 трубчатый пучок со следующими параметрами: внешний радиус пучка г;1,8 см, внутренний радиус 1 =1,5 см, ток пучка Т = б кА. Радиус диафрагмы г = 2 см. Величина внешне- щ го магнитного поля в месте расположения соленоида 80 = 4 кГс. Соленоид имеет диаметр о = 5 см, длину 8 = 10 см и число витков Н = 3.Расчеты показьвают, что с помощью такого соленоида можно создать магнит ное поле В = 1,7 кГс (при 1=5, кА), которое достаточно для того, чтобы весь пучок высадился на диафрагму. Индуктивность соленоида при этом 4 составляет величину 1 = 2,10 Гн. Для того, чтобы в системе существовал колебательный процесс, необходимо иметь С ) Ь /4 1 , где 8 - импе- данс диода ( 100 Ом). Выбирая напри- ер, С = 400 пф, можно осуществтьсистеме колебательньп процесс с частотой 1 о - 15 МГц.Таким образом, соответствующим подбором . и С можно реализовать модуляцию СЭП в диапазоне частот1 - 100 МГц, который является наиболее подходящим для ускорения ионов с энергией инжекции Е; = 10- 500 кэВ (при 1 = 500 МГц требуется энергия инжекции с,ф" 20 МэВ) .Группировка происходит под действием высокочастотного поля коаксиального резонатора, возбуждаемого внешним генератором. Осуществлена модуляция пучка с током 10 А, энергией 1 О кэВ и частотой 519,5 МГц. При увеличении тока до 100 А эффективность модуляции падает до 3 10. С помощью этого способа невозможно осуществить модуляцию пучка с током более 5 кА при энергии 0,5 МэВ, и с частотой менее 50 МГц, поэтому применять этот. способ для коллективных методов ускорения ионов в сильноточных пучках практически невозможно. Таким образом, по сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство позволяет осуществить модуляцию сильноточных пучков с током более 5 кА и энергией более 100 кэВ. Модуляция сильноточного пучка с помощью такого устройства дает возможность создания ускорителей ионов волнами плотности заряда, возникающими при пропускании через периодические структуры с энергией инжекции ионов- 10-50 кэВ.1109033 Составительедактор Е.Нефедова Техред Т.фанта КорректорЕ.Рошко к Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектна 13/2 Т ВНИИПИ Государственно по делам изобретений 113035, Москва, Ж, аж 794 Подписикомитета СССРоткрытийушская наб., д. 4/5