Ускоритель заряженных частиц

(191 05 Н 5/03 АНИЕ БРЕ К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬС речо о СССР 28.04. лиью 77. ЫХ а питаниявключенадом перввыходом ммутатор ным вхо ольтным правляемого к жду высоковол линии и высок формируюух одинаи послеторо ии. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕЧАСТИЦ, содержащий двойнующую линию, состоящую из двковых линий, между которым довательно с ними включен ус;орительный диод, шунтированный встно включенным высоковольтным дидом, а также цепь иэ соединенныхпоследовательно источника питанияи управляемого коммутатора, о тч а ю щ и й с я тем, что, с целповышения надежности, цепь из соединенных последовательно источник1 1123Изобретение относится к областисистем импульсного питания ускорителей заряженных частиц. Такиеускорители предназначены, например,для генерации мощных импульсныхэлектронных пучков в микросекундном диапазоне длительностей,Известно устройство импульсногопитания ускорителя,в котором накопителем энергии являются индукторы 1 рдвойной формирующей линии. Устройство содержит источник питания, коммутатор и двойную формирующую линию,состоящую из двух одинаковых линий,между которыми параллельно им 15включен ускорительный диод, причемвторая формирующая линия эакорочена на конце.Недостатком такого устройстваявляется сравнительно невысокая 20энергия ускоренных электронов.Амплитуда импульсного ускоряющегонапряжения на ускорительном диодеО равна здесь половине напряженния (1, до которого заряжаются 25в процессе формирования импульсаконденсаторы двойной формирующейлинии, т. е, Он = 0,2,Наиболее близким к изобретениюявляется устройство импульсного питания ускорителя заряженных частиц,содержащее двойную формирующую линию, состоящую из двух одинаковыхлиний, между которыми последовательно с ними включен ускорительный35диод, шунтированный встречно включенным высоковольтным диодом, атакже цепь иэ соединенных последовательно источника питания и управляемого коммутатора,Недостатком известного устройства фОявляется его низкая надежность, обус-ловленная тем, что конденсаторы линий в нем длительное время находятсяпод высоким напряжениеми для достижения приемлемого ресурса работыустройства (порядка 10 импульсов)приходится увеличивать линейные размеры конденсаторов, чтобы снизитьзначение рабочей напряженности диэлектрика конденсаторов линий. Целью изобретения является повышение надежности ускорителя,Для достижения указанной цели в ускорителе, содержащем двойную фор мирующую линию, состоящую иэ двух одинаковых линий, между которыми последовательно с ними включен ускорительный диод, шунтированный встречновключенным высоковольтным диодом, атакже цепь из соединенных последовательно источника питания и управляемого коммутатора, последняя включенамежду высоковольтным входом первойлинии и высоковольтным выходом второй линии,На фиг. 1 приведена функциональная схема ускорителя; на фиг. 2 -форма импульса на ускорительномдиоде,Ускоритель содержит формирующуюлинию, состоящую из двух одинаковыхлиний 1 и 2, между которыми последовательно с ними включен ускорительный диод 3, шунтированный высоковольтным диодом 4, в качестве которого может быть использована высоковольтная диодная сборка; высоковольтный вход линии 1 соединен с высоко"вольтным выходом линии 2 через соединенные последовательно низковольтныйисточник 5 питания, замыкатель 6(коммутатор) и выключатель 7 на основе взрывчатого вещества (ВВ). Параллельно ему через разрядник 8 подключен электрически взрывающийся проводник (ЭВП) 9, Блоки управления замыкателя Ь и выключатели 7 совмещены в управляющем блоке 10.Работа устройства происходитследующим образом. В исходном состоянии замыкатель 6 разомкнут.В элементах линий 1 и 2 нет запасов энергии. Затем на замыкатель б приходитсигнал с управляющего блока 10.После замыкания контактов замыкателя6 начинается зарядка током индукторов обеих линий 1 и 2 от низковольтного источника 5 питания через замкнутые контакты замыкателя Ь и выключателя. 7 (направление тока показанона схеме стрелками). При достижении током зарядки максимальной величины 3 с управляющего блока 10 приходит сигнал управления на срабатывание взрывчатого вещества (ВВ) выключателя 7, в результате чего сопротивление ветви с выключателем 7 возрастает на несколько порядков, Поддействием напряжения, развиваемогона выводах выключателя 7, проби.вается разрядник 8 и ток индуктивного накопителя переводится в ветвьс ЭВП 9, который обеспечивает низкоенапряжение на выключателе 7 в течение времени, достаточного для восстановления электрической прочности1 О 20 ванную нагрузку с сопротивлением Рц= 2 у. Начиная с этого момента35 от места подключения ускорительного диода 3 по обеим линиям 1 и 2, в обе стороны начинают распространяться перепады напряжения, равные О(2 снимающие заряд с конденсаторов линий наполовину. После интервала времени, равного 1 (времени пробега волны по линии), падающие волны напряжения отражаются в обеих линиях от разомкнутых концов их с выключателя 7, после чего ЭВП 9взрывается, в результате осуществляется размыкание зарядной цепи токаиндуктивного накопителя. Ток, запасенный в индукторах формирующихлиний 1 и 2, начинает заряжать емкости линий. На входе первой линии1 возникает перепад напряжения амплитудой О = Э р (где р - волновое сопротивление линии) отрицательнойполярности (при принятом на схеменаправлении тока зарядки), а на выходе второй линии 2 возникает такойже перепад напряжения, но положительной полярности ( полярность на- цпряжения зарядки конденсаторов линий показана на схеме). Эти перепадынапряжения распространяются по линиям по направлению к ускорительно"му диоду 3 и достигают его черезинтервал:времени равный временизадержки каждой линии 1 . В этотмомент запирается высоковольтныйдиод 4, и ускорительный диод 3 оказывается соединенным последовательно с двумя линиями, заряженными до напряжения О разного знака.Иными словами, две соединенные последовательно линии с волновымсопротивлением у , заряженные каждая до напряжения О (суммарное напряжение на линиях равно 20), оказываются включенными на согласотем же знаком, и по обеим линиямраспространяются волны напряженияамплитудой Оц/2, снимающие полностьюзаряд с конденсаторов линий, послечего процессы заканчиваются. Такимобразом, напряжение на ускоритель,ном диоде: 3 возникает через интервал времени, равный 1 з после выключения замыкателя 6 в момент эапирания диода 4, и существует в течениевремени, равного длительности двойного пробега волны по линии, т.е,2 Сз (см. фиг. 2). Амплитуда его равна О , те. величине, до которойпроисходит зарядка конденсаторов линий в процессе формирования импульсного напряжения. Амплитуда тока черезускорительный диод равна половине тока, запасенного в индукторах линий,т. е, 33 ф/2,По сравнению с известным, описанное устройство имеет более высокую надежность. Это обусловлено тем,что элементы, имеющие наименьшийресурс работы (а именно конденсаторылиний), здесь оказываются под полным напряжением лишь на очень короткое время, равное или меньшее (в,зависимости от расположения относительно нагрузки) длительности импульса,А известно, что пробивная электрическая прочность диэлектриков при коротких импульсных воздействиях напря,жения вначительно превышает значения электрической прочности в режимепостоянного напряжения,Так например, пробивное напряжение трансформаторного масла, используемого в конденсаторах при импульсном напряжении длительностью 25 мкс, оказывается выше в 1-3 раза. При этом ресурс конденсаторов нарастает более чем на порядок и составит по крайней мере 10 импульсов.1123523 ед М. На редактор О, Юрков орректор В, Гирняк з 7019/1 ПодписноеСР 4/5 ППП "Патент", г, Ужг д ул. Проектная Ф Тираж 793 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,