Линейный ускоритель электронов

5 Н б товарным знак патента 2) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г(22) 26.11,90гюков В,А.ене но- изически омитет Российской Федераци вторскому свидетельству(56) А 1 чагел В.,А.В 1 гх 0.1., е 1 а 1 АррИсайоп о 1 аисговаче епегду сотргезз 1 оп го раг 6 с 1 е Ассе 1 ега 1 огз, 1981, чо 1,11, Х 3, р.125-130. Мурин Б,П, Стабилизация и регулирование высокочастотных полей в линейных ускорителях ионов, М.: Атомиздат, 1971, с.159-201. (54) ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ(57) Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к сильноточным ускорителям заряженных частиц с малой длительностью импульса тока, предназначенных для использования в радиационной химии, акти 19) БЮ (11) 1828383 (1 з) А 1 вационном анализе, фундаментальных исследованиях физики высоких энергий и др, Использование изобретения позволяет повысить энергию ускоряемых частиц, увеличение КПД ускорителя и уменьшение энергетической неоднородности пучка на выходе ЛУЭ. ОО Сущность изобретения в том, что линейный ,) ускоритель электронов состоит из источника высокочастотной мощности 1, накопительного резонатора 2 с двумя отверстиями связи, интерференционного ключа 3, двух цирку- ф ляторов 4 и 5, включенных в тракт между источником высокочастотной мощности 1 и резонатором 2, и между интерференционным ключом 3 и ускоряющей секцией 6.Свободные плечи циркуляторов 4 и 5 соединенные со входом и выходом линии задержки 7 соответственно, 2 ил,МПредлагаемое изобретение относится к ускорительной технике, а именно к сильно- точным ускорителям заряженных частиц с малой длительностью импульса тока, предназначенных для использования в радиационной химии, активационном анализе, фундаментальных исследованиях физики высоких энергий и др.Цель изобретения - повышение энергии ускоряемых частиц, увеличение КПД ускорителя и уменьшение энергетической неоднородности пучка на выходе ЛУЭ,Поставленная цель достигается тем, что в линейный ускоритель электронов, состоящий из ускоряющей секции и системы ВЧ-питания, включающей в себя накопительный резонатор с двумя отверстиями связи, к одному из которых подключен источник высокочастотной мощности, а ко второму - интерференционный ключ, соединенный с ускоряющей секцией, дополнительно введены два трехплечих циркулятора и линия задержки. Первое, второе и третье плечи первого циркулятора соответственно подсоединены к источнику высокочастотной мощности, накопительному резонатору и входу линии задержки. Первое, второе и третье плечи второго циркулятора соответственно подсоединены к выходу интерференционного ключа, ускоряющей секции и выходу линии задержки,Таким образом, поставленная цель достигается накоплением отраженной от резонатора ВЧ-энергии в линии задержки с последующим снижением ее с энергией, запасенной в накопительном резонаторе, что обеспечивается введением дополнительных устройств и их связей.Структурная схема линейного ускорителя электронов представлена на фиг. 1,Устройство состоит из источника высокочастотной мощности 1, накопительного резонатора 2 с двумя отверстиями связи, интерференционного ключа 3, двух циркуляторов 4 и 5, включенных в тракт между источником высокочастотной мощности 1 и резонатором 2, и между интерференционным ключом 3 и ускоряющей секцией 6. Свободные плечи циркуляторов 4 и 5 соединены со входом и выходом линии задержки 7 соответственно.Предлагаемое устройство работает следующим образом. В начальный момент времени 1=0 от источника высокочастотной мощности 1 через циркулятор 4 высокочастотная волна с амплитудой напряженности электрического поля Ео поступает на отверстие связи резонатора 2, Отраженная от резонатора 2ВЧ мощность, проходя через третье плечо циркулятора 4, заполняет линию задержки 7, которая как и резонатор 2, является накопительным элементом системы ВЧ-питания ускорителя, Изменения напряженности электрического поля отраженной волны Еотр. во времени описываются выражениемЕ =Е а е -(а -1)ОТР О 1 где а 1=2 ф 1/(1+Р 1),0 л 1. (1 Р ) о 1(2) 0г тг 1 (1+/3 )Здесьо гх, - затухание ВЧ-поля в линии задержки,На фиг. 2 а и б представлены эпюрынапряженности поля волны Е на входе вускоряющую секцию 6, иллюстрирующие Р 1 - коэффициент связи резонатора с трактом со стороны источника ВЧ-мощности.Яо 1 о - собственная добротность и резонансная частота накопительного резонатора,В период накопления энергии ВЧ-поля в резонаторе 2 и в линии задержки 7 интерференционный ключ 3 закрыт. Время заполнения линии задержки гз должно быть близким или равным длительности импульса источника высокочастотной мощности 1 и(г 31 и)По окончании процесса накопления энергии ВЧ-поля в резонаторе г=ги интерференционный ключ 3 открывается. В этот момент времени на третье плечо циркулятора 5, а, следовательно, и на второе отверстие связи накопительного резонатора поступает ВЧ-мощность из линии задержки. При соответствующем выборе фазовой длины тракта, включающего линию задержки 7. ВЧ-волна Ер, излучаемая из резонатора 2 через второе отверстие связи (коэффициент связи ф 2р 1) резонатора, складывается в ВЧ-волной Е.,з, излучаемой из линии задержки, Амплитуда напряженности поля результирующей волны Е, поступающей на вход ускоряющей секции 6 запишется в виде:с(3) ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ процесс использования запасенной ВЧ-энергии. На фиг. 2 а длительность импульса Ь совпадает с временем заполнения линии задержки гз и в этом случае достигается максимальный коэффициент усиления по мощности, то есть отношения мощности на входе ускоряющей секции Р к мощности источника высокочастотной мощности Ро; На фиг, 2 б представлены эпюры напряженности поля Е для процесса, когда длительность импульса Ьгз, В этом случае поступающая из линии задержки ВЧ-мощность компенсирует спад вершины импульса ВЧ-мощности на входе в ускоряющую секцию, уменьшая таким образом энергетическую неоднородность ускоряемого пучка.Как показывают расчеты, при реальных значениях параметров накопительных элементов ЛУЭ увеличение энергии пучка составит (20-25) ,Оценим увеличение КПД ЛУЭ при использовании предлагаемого технического Линейный ускоритель электронов, содержащий ускоряющую секцию, источник высокочастотной мощности и последовательно соединенные накопительный резонатор, интерференционный ключ, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД ускорителя и энергии ускоряемых частиц, в ускоритель введены первый трехплечий решения. Увеличения значения КПД ускорителя по сравнению с устройством прототипом достигается посредством накопления и последующего использования отраженной от накопительного резонатора ВЧ-энергии в линии задержки. Допустим, что увеличение энергии пучка на выходе ЛУЭ составит 3-4 раза, при этом, исходя из закона сохранения энергии, длительность импульса ВЧ-мощности на входе ускоряющей секции также меньше длительности импульса генератора не менее, чем в 3-4 раза. Это означает, что можно использовать часть отраженной мощности ВЧ-волны, В резонаторе можно запасти не более (40-80) О, энергии ВЧ-импульса генератора. Следовательно, КПД предлагаемого устройства может превышать КПД прототипа на (5-20);4.Улучшение энергетического спектра обеспечивается "сглаживанием" формы импульса ВЧ-поля на входе в ускоряющую секцию при условии выбора (игз (см. фиг. 26), При этом, как показывают оценочные расчеты, уменьшение энергетической неоднородности пучка составит (1,5-1,8) раза (по сравнению с прототипом). циркулятор, подключенный к источнику высокочастотной мощности, накопительному резонатору и через линии задержки к второму трехплечему циркулятору, который соединен с выходом интерференционного ключа и с входом ускоряющей секции.1828383 Фиг 2 Заказ Ц. , ВИИПИ, Рег.113834, ГСП, Москва 21873, МоскваПроизводств Бережковска ное предпри Подписное 040720 ская наб 4/5 наб., 24 стр.ие Патент