Ускорительная трубка

Союз Советскик Социалистических РеспубликН 05 Н 5/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и отирытий(71) Заявитель Институт высоких температур АН СССР( 54 ) УСКОРИТЕЛЬНАЯ ТРУБКА Изобретение относится к техникеускорения заряженных частиц и можетбыть использовано при разработке электронных и ионных ускорителей,Известны ускорительные трубки,предназначенные для ускорения ионныхи электронных пучков, и содержащиеисточник заряженных частиц, секционированный изолятор и электроды сотверстиями для прохождения частиц,Изолирующие кольца, входящие в состав секционированного изолятора,имеют характерную высоту порядка5-40 мм и рабочее напряжение 2540 кВ/см, лимитируемое поверхностными пробоями по вакуумной сторонеизолятора,Из-за малой напряженности электрического поля размеры трубок на напряжение л 1 ИВ получаются большими. 2 ОИзвестна также ускорительная трубка, содержащая источник заряженныхчастиц, секционированный изолятор иэлектроды с отверстиями для прохождения потока частиц. В такой конструк 25ции высота изоляционных колец составляет 5 мм, рабочее напряжение каждого кольца 20 кВ, при превышении которого возникают пробои трубки из-заразвития многоступенчатых лавинных ЗО процессов по вакуумной стороне колец,возникновения этих процессов обусловлены большой осевой протяженностьюкольца и наличием достаточно высокойразности потенциалов между соседнимиэлектрадамк, Длина трубки поэтомуоказывается большой, а напряженностьускоряющего электрического поля, первеанс к соответственно величина потока ускоряемых частиц - малыми.Цель изобретения - уменьшение размеров трубки, увеличение ускоряемыхтоков к повышение электрической прочности конструкции.Эта цель достигается тем, чтоизолятор и электроды выполнены ввкде набора чередующкхся тонких диэлектрических пленок и металлическихфоьг с шагом чередования в пределах10 -1 мм,В такой конструкции шаг секционированкя сокращается до такой степеничто ликвидируются условия появленияповерхностных пробоев, связанных сэффектом полного напряжения, т.е. дотолщин микронного диапазона. При этомизолирующие прослойки выполняются ввиде тонких пленок, расположенныхмежду электродамк, клк диэлектрические покрытия могут быть нанесены наповерхность электродов, которые изготавлинаются из тонкой фольги для сокращения общей длины трубки. Для получения больших абсолютных значений токов целесообразно выполнять много параллельных каналов, а для увеличЕ- нкя плотности потока частиц и его фокусировки каналы могут быть сходящимися в направлении движения частиц.Улучшения параметров предлагаемой ускорительной трубки достигают также, изготовлением электродов из Ферромагнитного материала, намагничиванием кх нормально к поверхности и созда-кием в пролетном канале магнитных полей, образующих вдоль канала магнитофокусирующий канал. В этом случае соседние электроды могутбыть намаг-, ничены во встречных направлениях. Возможен вариант, когда из Ферромагнктного материала изготовлена только часть электродов, например, каждый 5-й кли каждый 10-й, с тем, чтобы обеспечить оптимальное расстояние между соседними магнитными линзами.Прк изготовлении электродов из Ферромагнитного материала, намагниченного нормально поверхности, с периодическим чередованием направления намагниченности обеспечивается создание в области ускорения пучка зоны знакопеременной магнитной Фокусировки, повышается плотность пучка и уменьшаются потери ускоряемых частиц на электродах трубки.Магниты также устанавлинают на торцах трубки, обеспечивая в области движения ускоряемых частиц продольное магнитное поле, при этом один из полюсов магнита должен иметь отверс- ткя для выхода частиц, соосные .с отверстиями в электродах. Возможен и другой вариант - использование электромагнита и замыкание обратного магнитного потока вне объема, заполненного электрически прочной средой.Магнитные поля в канале, помимо Фокусировки пучка ускоряемых частиц, затрудняют также распространение случайных электронов, родившихся на стенках канала, чем снижают эффект полного напряжения и увеличивают электрическую прочность трубки.Упрощение конструкции ускорительной трубки достигается при изготовлении изолирующих пленок из диэлектрического материала с объемной проводимостью. В этом случае пленки одновременно выполняют Функцию ре. зистинного делителя, обеспечивающего принудительное распределение потенциала по электродам трубки.На фиг.1 изображена ускорительная трубка, разрез, на фиг.2 приведен фрагмент трубки с изображением распределения магнитного поля н канале трубки прк использовании намагниченных электродов, на Фиг.3 - продольный разрез ускорительной трубки смногими сходящимися пролетными кана- лами, на фиг.4 - продольный разрез ускорительной трубки, на торцах которой установлены постоянные магниты.Ускорительная трубка содержит источник 1 заряженных частиц, электроды 2 из проводящего материала, чередующиеся с изоляционными пленками 3. Отверстия в электродах и изоляции образуют канал 4 для ускорения частиц. Электрическая прочность по ннешней стороне трубки обеспечивается помещением ее в объем, заполненный качестненной изолирующей средой, например сжатым газом. Известно, что размер О желательно делать по крайней мере в 2-3 раза большим, чем размер 3. При этом поверхность изоляции может бытЬ развита, Магнитное поле 5 обеспечивает фокусировку потока частиц. В ускорительной трубке с фокусировкой заряженных частиц постояннымпродольным магнитным полем полюса би 7 магнита расположена на торцахускорительной трубки, причем полюсб имеет отверстия для выхода ускоренных заряженных частиц, а магнитноеЙле 5, создаваемое полюсами б и 7,правлено вдоль каналов 4,В конструкции, показанной нафиг,4, источники 1 заряженных частицмогут быть размещены между полюсамимагнитов, величина магнитного поляподбирается так, чтобы удержинатьпоток ускоренных частиц, не допуская попадания его на электроды 2.Необходимо, чтобы направление магнитного поля 5 строго совпадало с осямиканалов 4. Вблизи отверстий в полюсеб магнитное поле несколько искажает 40.ся, область искаженного магнитногополя имеет вдоль каналов 4 длину.,равную двум-трем диаметрам выходныхотверстий, Для уменьшения вероятности ускорения вторичных частиц вдоль4 канала диаметр отверстий в электродах2 может увеличиваться от полюса 7 кполюсу б.Для замыкания магнитного потокаиспользуются ферромагнитные элементы8, разделенные изоляционными прокладками 9. Внутри ускорительной трубкии в трубе 10 имеется вакуум, снаружиускорительной трубки - электрическипрочная среда, например газ под давлением. Таким образом, детали 8 и 9расположены в электрически прочнойсреде.Предлагаемая трубка работает следУющим образом.Включают источник 1 заряженныхЩ частиц, подается высокое напряжениена электроды 2, поток ускоренных частиц, ускоряясь под действием электрического поля в канале 4 (одном илинескольких), набирает, удерживаясьЯ от распыления магнитным полем 5 (вслучае если оно присутствует), кинетическую энергию, соответствующую разности потенциалов на трубке, и через выходные отверстия выводится в трубу 10.Электроды 2 могут быть выполнены из фольги или тонкого металла, например титана, В качестве изоляционных пленок 3 используются электроизоляционные материалы типа лавсана, майлара и др. Другой вариант - это нанесение изоляционных покрытий непосред 10 ственно на электроды 2. Могут быть использованы металлизованные по поверхности изоляционные пленки. Диаметры отверстий в изоляционных пленках 3 вдоль канала 4 несколько боль-с ше отверстий в электродах 2.Электроды 2 имеют снаружи выводы для подсоединения к делителю, обеспечивающему равномерный разнос потенциала вдоль трубки, 20Возможен вариант изготовления изоляционных пленок 3 из материалов с объемной электрической проводимостью, например из электропроводящего полиэтилена, В этом случае нет необ- з 5 ходимости использовать делитель, Вакуумное уплотнение набора электродов 2 и изоляционных пленок может быть осуществлено, в частности, созданием давления вдоль ускорительной трубки.Предлагаемая конструкция ускорительной трубки с принудительным заданием электрического потенциала через 0,001-1 мм и применение тонкопленочной качественной изоляции делают возможным получение электрическихградиентов вплоть до 100-10000 кВ/см.Это позволяет иметь высокие первеансы и большиеплот:;ости ускоряемыхтоков, Наиболее слабым местом является электрическая прочность вдольканала, Целесообразно уменьшить диаметры отверстий до минимальных 0,10,5 мм) и для получения больших абсолютных токов создать много параллельных каналов,В качестве примера приведем проектные параметры трубки для ускорения электронов, сконструированной попредлагаемой схеме, длина трубки10 см, диаметр 200 мм, ускоряющеенапряжение 1-2 МВ, полный ток 104 А,длительность импульсов тока 100 мкси более, Трубка имеет несколько тысяч каналов диаметром 1 ьм,формула изобретенияускорительная трубка, содержащая источник заряженных частиц, секционированный изолятор и электроды с отверстиями для прохождения потока частиц, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения размеров трубки, увеличения ускоряемых токой и повышения электрической прочности конструкции, изолятор и электроды выполнены в виде набора чередующихся тонких диэлектрических пленок и металлических фольг с шагом чередования в пределах 10 - 1 мм.650251 Составитель В.КлевцовРедактор Н.Ахмедова Техред М. Рейвес КорректорЕ, Рошк Зака Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектн 5790/41 Тираж 8 ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, Ж, 9 Подпго комитета СССРй и открытийаушская наб., д.4/5