Устройство для модуляции электронного пучка

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК А 1 И 4 Н 0 23/16, Н 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в ггоп Ье е ядС ПгоЬог А. ап 1 пгепаш, -Т ори ь испольации СВЧе зави ты от ичени увели ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) ЯсЬоепЬасЬ К,НЯсЬаейКгдяг 1 апяеп М. КгошрЬо 1 я Н,Наг 1 ея Н,С., Жа 88 я Р, Ап е 1 ессопгго 11 ей ВНиве ЙвсЬаг 83. Арр 1, РЬув, 1985, чо 1. 5р. 1618-1622,Рг.ейшап М., Яег 11 п Ч.,Яеггог Ь. Яе 1 Ешойц 1 аг 1 оп оГве ге 1 аг 3 ч 1 вгс е 1 есггоп ЬеЛ.Арр 1.РЬуя. 1984, чо 1. 56,р.2459-2474.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДУЛЯЦИИРОННОГО ПУЧКА(57) Изобретение относитсятельной технике и может бытзовано, например, для генеризлучения. Цель изобретениящение конструкции, уменьшенмости эффективности его рабтемпературного режима и увелтока модулированного пучка. чением тока электронного пучка (ЭП)часть ЭП начинает отражаться от полости виртуального катода (К) 4 всторону резонатора (Р) 2. В Р 2 индуцируется направленное от оси тормозящее напряжение, которое через половину периода собственных колебанийР 2 изменит знак и превратится в ускоряющее. Тормозящее поле в Р 2 увеличивает долю электронов, отраженныхот К 4. Расстояние 1 между Р 2 и К 4выбрано из условия п+1/2 с 21 Г/ч(п+1,где п - любое целое число, Е - собственная частота Р 2, ч - средняя .скорость ЭП в трубке дрейфа 1. Поэтомук моменту возвращения отраженных отК 4 электронов полярность напряженияв Р 2 сменится на обратную, что приведет к дополнительному отражению отраженных электронов и их отражениюк К 4. В устройстве предусматриваетсявозможность размещения в К 4 регулирующего электрода. Это приводит к изменению положения точки поворота отраженных от К 4 электронов и, следовательно, времени на движение к Р 2 ичастоты модуляции тока ЭП. 1 з.п.ф-лы. 2 ил.Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано дпя генерации СВЧ-излучения и коллективного ускорения частиц.Целью изобретения является упрощение конструкции устройства и уменьшение зависимости эффективности его работы от температурного режима и увеличения тока модулированного пучкаеУказанная цель достигается за счет создания виртуального катода в пространстве дрейфа за модулирующим резонатором. 1 ГНа фиг.1 представлена схема устройства для модуляции электронного пучка; на фиг.2 - схема устройства, имеющего возможность электрического регулирования частоты модуляции. 20Устройство (фиг,1) содержит трубку 1 дрейфа резонатор 2 и окружающий их соленоид 3. В трубке дрейфа выполнена полость 4 для образования виртуального катода. Полость 4 для образо вания виртуального катода может быть расположена и впереди резонатора. Расстояние 1 между резонатором и полостью для образования виртуального катода удовлетворяет условию 301 21и + -( - 1(п+12где Г - собственная частота резонатоЮра; 35ч - средняя скорость электроновпучка;и - любое целое положительноечисло, включая нуль;1 - расстояние между полостью и 40резонатором.1На фиг.2 представлено устройство для модуляции электронного пучка, в которое для воэможности электрического регулирования частоты модуляции 45 дополнительно установлен в полость виртуального катода 4 регулирующий электрод 5, соединенный с трубкой дрейфа через дополнительный источник 6 напряжения. 50Устройство работает следующим образом.С увеличением тока электронного пучка после включения устройства часть электронов пучка, равная разности тока инжекции и предельного тока для полости, начинает отражаться от полости 4 в сторону резонатора 2. В резонаторе 2 при прохождении через,него переднего фронта электронного пучка индуцируется направленное по оси тормозящее напряжение, которое через половину периода собственных колебаний резонатора изменяет знак и превращается в ускоряющее. Тормозящее поле в резонаторе 2 приводит к увеличению доли электронов, отраженных затем от полости 4. Так как расстояние 1 между резонатором и полостью 4 выбрано из условия 1 21п+ -( - Г(п+12 чтто к моменту возвращения отраженных от полости 4 электронов полярность напряжения в резонаторе 2 изменяетсяна обратную. Это ведет к дополнительному торможению отраженных электронов и их отражению в сторону полости 4, при этом энергия продольного движения электронов, осциллирующих между резонатором 2 и полостью 4, расходуется на подцержание электрических колебаний в резонаторе, В итоге в резонаторе 2 раскачиваются. все более интенсивные электромагнитные колебания, в полости 4 возникает осциллирующий виртуальный катод, тормозящий электроны, а ток проходящего через полость 4 электронного пучка модулируется.Устройство, представленное на . фиг.2 работает аналогично, но с тем отличием, что регулирование знака и величины напряжения на регулирующем электроде 5 путем изменения знака и величины напряжения, создаваемого дополнительным источником 6 напряжения, приводит к изменению величины провисания потенциала в полости 4, Это приводит к изменению положения точки поворота отраженных от виртуального катода электронов и, следовательно, времени их движения к резонатору 2 и частоты модуляции тока пучка.Инжекция электронного пучка в трубку 1 дрейфа приводит к понижению (провисанию) потенциала на оси устройства, создаваемое соленоидом 3 продольное магнитное поле препятствует выпадению электронов пучка на стенки устройстй, главным образом трубки 1 дрейфа. Провисание потенциала приводит к торможению электронов пучка. Во избежание полной остановки электронов и появления неконт13 б 33244Длину Е полости для образованиявиртуального катода выбирают из усло- вия для сплошного пучка 30 ролируемой неустойчивости в пучкерадиус трубки дрейАа выбирают такимчтобы ток 1 1 пучка не превосхои Н 1 Кдил предельный ток для трубки 1дрейфа, определяемый выражением 1,р =17 (у -1)/Р(К,р/ в),где р - релятивистский фактор инжектируемых электронов;10У = 1 + Б/0,511где Ц - напряжение инжекции, МВ.Множитель Р(К р/г ) зависит от отношения радиуса трубы дреййа К, крадиусу пучка г в, а также от Йормыпучка.Для трубчатого пучка Р=2 1 п К /гтрцля сплошногоР = 2 1 п+1,Ктр20гВкрИЗ УСЛОВИЯ 1 ИН:К 1 тр ф ГДЕ 1 ИНКток, инжектируемого электронного пучка находится значение радиуса трубки1 дрейфа: для трубчатого пучка 25р (гв ехр8,5( - 1) /1 ннк 3 Кг ехр8,5(у -1) /1 К 1,(2 КПри 1,)2 Кпредельный ток не зависит от длины полости, поэтому дальнейшее увеличение длины полости нецелесообразно, так как приводит к неоправданному увеличению размеров устройства,При Е(К наблюдается резкое увеличение предельного тока с укорочением длины полости, что приводит к исчезновению эйспекта образования виртуального катода.П р и м е р, Радиус трубки дрейФа 2,7 см, радиус полости для образования виртуального катода 4,2 см, расстояние между резонатором и полостью 8 см или 24 см, собственная частота резонатора 900 МГц, напряженность магнитного поля соленоида 25-50 кЭ.В устройство инжектируют трубчатый электронный пучок диаметром 3 см с током до 5 кА и напряжением 500 кВ. Ток пучка на выходе из устройства модулируется с частотой околоИз соотношения, связывающего провисание потенциала в трубке дрейфуя Ф с током пучка17 Ф 11 1инзк Р(К / ) (Цф)2 находят величину ф., и скорость электронов у = 610 Д-фПодставляя в выражени- 1) /1 инк 3 пгв ехр Для сплошного иг, ехр 8,5 (1 -1) /1 инк ф 1 21и + - (- - Е (и+12 твеличину Г и ч и задавая ь значе-: - нием и, выбирают расстояние 1 между резонатором и полостью для образования виртуального катода.Радиус полости К и для образования виртуального катода 4 находят из условия 11 , где 1- пределькр трная величина тока для полости: для трубчатого пучка900 МГц. КоэАФициент модуляции, определяемый как отношение 1 мффкс - 1 мин1 35 1 иакс+ 1 мнн где 11- максимальное и минимальное значениека на выходе уст роме тоьса возеличивакрити 40 роиства.практически равняется 100%. Кго, ток пучка в течение импулрастает и к концу импульса увется вдвое, т.е. превосходит 45 ческий ток для полостиПрименение изобретения позволяетупростить конструкцию устройства засчет уменьшения количества резонаторов, при изготовлении которых требуется большая точность.Так как полость для образованиявиртуального катода не является резонансным элементом, настраиваемымна частоту первого резонатора, зависимость эффективности устройства оттемпературного режима существенноуменьшается, Это обусловлено тем, чтоизменение температуры устройства, например, в результате бомбардировки1363324 электронами пучка не приводит к частотной расстройке между первым резонатором и полостью Поэтому изменение температурного режима приводит5 только к изменению частоты модуляции и не влияет на эффективность работы устройства,и- иКз,г ехр 8,5(у -1)/1-Е 1,1 ч(п+-)1 ( - (и+1)2 Г 2 2 Е Составитель Н, АбраменкоТехред Л.Олийнык Корректор Л, Патай Редактор М. Веселовская Заказ 6370/46 Тираж 697 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Формула изобретения 1. Устройство для модуляции электронного пучка, содержащее соосно расположенные резонатор и трубку дрейфа а также окружающий их соленоид о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции устройства, а также снижения зависимости эффективности работы устройства от температурного режима и увеличения тока модулированного пучка за счет образования в трубке дрейфа виртуального .катода, в трубке дрейфа выполнена полость, при этом длина Ь Гм 3 и. радиус Ймполости, а также расстояние 25 1(ммежду полостью и резонатором удовлетворяют следующим выражениям: где г - радиус электронного пучка,м,- релятивистский фактор электронного пучка на входе вустройство;1 - ток инжектируемого электронного пучка, кА,- коэффициент, зависящий отформы пучка (О - для трубчатого электронного пучка,0,5 - для сплошного пучка);Е - собственная частота резонатора, Гц;ч - средняя скорость электроновпучка втрубке дрейфа, м/с,и - любое целое положительноечисло, включая ноль.2. Устройство по п.1, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью осуществления электрического регулирования частоты, внутри полости установлен управляющий электрод.