Магнитная система индукцинного ускорителя

-.н ая Свез Соеетскик СоциалистическиРеспублик О Е 70 О 85 ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВНДНИЛЬСТВУ(22) Заявлено 2706,77 (21) 2501432/1с присоединением заявки Йо 05 Н 7 0 11 ком осударственн ССС но делам нзо н откр) УДК 621384,6(088.8) 2) Авторизобретения В,В.Васильев Научно-исследовательс при Томском политехни 71) Заявите 4) МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ИНДУКЦИОННОГО УСКОРИТЕ Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для ускорения электронов вихревым электрическим полем.Известна магнитная система индук ционного ускорителя электронов 1, содержащая магнитопровод, обмотки возбуждения и подмагничивания, подключенные к системе питания. Причем подмагничивание магнитопровода осу ществляется постоянным током с амплитудным значением, примерно равным амплитудному значению переменной составляющей тока, и возбуждение электромагнита осуществляется синусо идальным током, изменяющимся по зако- нУ 1 М(й) - Тп(К - сов Одс), где К равно отношению амплитуд постоянной и переменной составляющих 1 о /1 . Та" кая схема возбуждения электромагнита 20 не приводит к увеличению размаха индукции в стали в процессе ускорения частиц (а следовательно к увеличению энергии ускоренных частиц),так как значение индукции изменяется пример но от 0 до максимально допустимого значения, но приводит к существенному снижению энергии, необходимой для создания переменного магнитного потока. 30 институт ядерной физикком институте им,С.М.Ки Известна также магнитная система индукционного ускорителя 2, содержащая сплошной магнитопровод, обмотку возбуждения, подключенную к содержащей емкостной накопитель импульсной системе питания, и обмотку подмагничивання, соединенную с индуктивностью. Такая схема возбуждения электромагнита приводит к значительному увеличению размаха индукции в стали электромагнита в процессе ,ускорения частиц, так как центральный сплошной сердечник магнитопровода предварительно подмагничен до максимально допустимого отрицательного значения магнитной индукции в нем. При этом такая магнитная система имеет ограниченную частоту следования циклов ускорения, так как обмотка подмагничивания уложенная в кольцевых пазах магнитопровода, имеет напряженный тепловой режимЦель изобретения - увеличение предельной частоты циклов ускорения и стабилизация энергии ускоряеиях частиц.Это достигается тем, что обмотка подмагничивання и индуктивность под- ключены к емкостному накопителю системы питания через управляемыевентили и имеют общую точку соединения с обмоткой возбуждения, причем индуктивность эашунтирована управляемым вентилем и включена в цепь неуправляемого вентиля системы питания.Ва фиг. 1 изображена магнитная система индукционного ускорителя, на фиг, 2 - его импульсная система питания;на фиг. 3 - эпюры изменения магнитных потоков, токов и напряжения,Предлагаемая магнитная система содержит магнитопровод 1 электромагнита ускорителя, обмотку 2 возбуждения, обмотку 3 подмагничивания, в систематическом положении вакуумные камеры 4 в межполюсном пространстве, управляемые вентили 5 и б емкостной накопитель 7, индуктивность 8, коммутирующую емкость 9, коммутирующий дроссель 10, диод 11, управляемый вентиль 12, диод 13, управляемые вентили 14 и 15, коммутирующий конденсатор 16, коммутирующий дроссель 17, диод 18, управляемый вентиль 19, неуправляемые вентили 20 и 21.На фиг. 3 обозначены 22 - импульс напряжения для включения управляемых вентилей 5 и б, 23 - импульс напряжения для вкличения управляемых вентилей 12, 14 и 15, 24 - импульс напряжения для включения управляемого вентиля 19, 25 - изменение тока в обмотке 2 возбуждения; 26 - изменение тока в обмотке 3 подмагничивания, 27 - изменение тока в индуктивности .8, 28 - изменение тока управляемого вентиля 19; 29 - изменение напряжения на емкостном накопителе 7; 30изменение напряжения на обмотке 2 возбуждения; 31 - изменение напряжения на коммутирующей емкости 9, 32 изменение напряжения на коммутирующей емкости 16 33 - изменение магнитного потока (индукции) в области вакуумной камеры 4; 34 - изменение магнитного потока (индукции) в стали электромагнита.В статическом состоянии на сплошном магнитопроводе 1 уложены обмотка 2 возбуждения и обмотка 3 подмагничивания, через управляемые вентили 5 и б подключенная к емкостному нако пителю 7 и имеющая общую точку соединения с индуктивностью 8. Коммутирующий узел состоит из коммутирующей емкости 9, включенной последовательно с цепочкой-, состоящей иэ коммутирующего дросселя 10, диода 11 и зашунтированной управляемым вентилем 12, предназначен для коммутации тока Иэ управляемых вентилей 5 и 6 ,в цепь диода 13, Обмотка 2 возбуждения подключена к емкостному накопители 7 через управляемые вентили 14 и 15. Коммутирующий узел состоит из коммутирующей емкости 16, вкличенной после довательно с цепочкой, состоящей нз коммутирующего дросселя 17, диода 18, эашунтированной управляемым вентилем 19, и предназначен для коммутации тока из управляемых вентилей14 и 15 и диода 13 в цепь неуправляемых вентилей 20 и 21,Схема работает следующим образом.В исходном состоянии емкостной накопитель 7 заряжен с укаэанной нафиг.2 полярностью и в моментчерез вкличенные в управляемые вентили5 и 6 и индуктивность 8 начинает разгружаться на обмотку 3 подмагничивания,За счет ампервитков обмотки 3происходит перемагничивание сталимагнитопровода 1 в отрицательнуюобласть значений магнитной индукции.15 Поскольку в магнитопроводе 1 отсутствуют воздушные зазоры, то для перемагничивания стали требуется незначительные ампервитки и поле в межполюсном пространстве практически отЩ сутствует. В это же время коммутирунщая емкость 9 заряжается от емкостного накопителя 7 через включенныеуправляемые вентили 5 и б, коммутирующий дроссель 10 и лиод 11.В момент времени Ь, когда стальмагнитопровода 1 перемагничиваетсядо требуемой величины индукции,включаются управляемые вентили 12, 14и 15, под действием напряжения коммутирующей емкости 9 управляемые вентили 5 и б обесточиваются и выключаются, а ток обмотки 3 и индуктивности 8 замыкается по цепи управляемоговентиля 12 и коммутирующей емкости 9,которая разряжается, Емкостной накоЗЗ питель 7 через вкличенные управляемыевентили 14 и 15 подключаются к обмотке 2 возбуждения. При этом под действием ЭДСнаводимой в обмотке 3 токв ней и индуктивности 8 начинает уве 4 О личиваться. В момент времени 1 емкость 9 разряжается до 0 и диод 13включается, и ток обмотки 3 перехватывается в цепь диода 13, а управляемый вентиль 12 обесточивается и выключается. В это же время коммутирующаяемкость 16 заряжается от емкостногонакопителя 7 через включенные управляемые вентили 14 и 15, дроссель 17и диод 18,За счет ампервитков, наводимыхв обмотке 3 подмагничивания, переменный магнитный поток, создаваемыйобмоткой 2 возбуждения, делится надве части. Первая часть, пропорцио-нальная ампервиткам обмотки 3, вытесняется из центрального сердечника изамыкается через межполюсный воэдушный зазор (кривая 33, фиг. 3), а другая часть, обратно пропорциональная ампервиткам обмотки 3, замыкаетсяеО через центральный сердечник (кривая 34, фиг.3)Выполнение бетатронного соотношения(значение индукции на равновесном радиусе равно удвоенному среднему зна 65 чению изменения индукции в круге,ограниченном равновесным радиусом)осуществляется путем выбора соответствующей величины индуктивности 8и коэффициента трансФормации обмоток2 и 3, По этой же причине всегдаможно добиться выполнения неравенствап / Зт У 1 где 3 я - максимальноезначение тока обмотки возбуждения, аЭтп - максимальное значение токаподмагничивания, что соответствуетасдматриваемой магнитной системе,В момент 4 после окончания процесса ускорения включается управляемый вентиль 19 и под действиемнапряжения коммутирующей емкости 16 управляемые вентили 14 и 15 обесточивайтся и выключаютсяа. ток обмотки 2 15возбуждения замыкается по цепи управляемого вентиля 19 и коммутирующейемкости 16. Емкость 16 разряжаетсяи перезаряжается,В момент Ъб , когда напряжение 2 Она емкости 16 достигает остаточногонапряжения на емкостном накопителе7, ток обмотки 2 возбуждения, пере.хватывается во включающиеся при этомнеуправляемые вентили 20 и 21,ЭДС 2обмотки подмагничивания меняет знакна противоположный. При этом обмотка3 сказывается закороченной по цепиуправляемого вентиля 19, диода 13и обесточивается. Ток индуктивности8 замыкается через открытый управляемый вентиль 19 и спадает, при этомчерез вентиль 19 протекает разницатоков обмотки 2 и индуктивности 8(кривая 28, фиг. 3),В момент времени Ьь, когда величины токов индуктивности 8 и обмотки2 возбуждения сравниваются, управляемый вентиль 19 обесточивается и выключается. И индуктивность 7 оказывается включенной последовательно с обмоткой 2 и емкостным накопителем 7,который заряжается с той же полярностью, что и разряжается. Таким образом, энергия, отдаваемая емкостнымнакопителем в поле электромагнита 45и в магнитное поле индуктивности 8,в течение времени Ф 7 - В 4 обратнорекуперирует в накопитель 7.Рассмотренная магнитная системасохраняет достоинство известнойсхемы, магнитный поток, пронизЫвающий центральный сердечник, изменяется от максимально-допустимого оторицательного значения до допустимогоположительного значения.Рассмотренная магнитная системадает возможность осуществлять стабилизацию и регулировку энергии ускоренных частиц путем регулирования момента включения управляемых вентилей 12, 14 и 15, то есть регулированием начальной отрицательной величины магнитной индукции в стали электромагнита.За счет того, что в паузе междуциклами ускорения по обмотке 3 не протекает ток подмагничивания и в моментформирования спадающей части импульсатока в обмотке возбуждения обмоткаподмагничивания обесточивается, в рас"смотренной магнитной системе действующее значение тока в обмотке подмагничивания уменьшается более чем в Юраэ, что дает возможность более чемв два раза повысить предельную частотуциклов ускорения по сравнению с известными схемами.Отметим, что ток подмагничивания(в момент времени 1 ) имеет незначительную величину, поэтому габариты,стоимость и вес вентилей 5, 6 и 12и коммутирующего узла, состоящегоиз емкости 9, дросселя 10, диода 11,также незначительны.Предлагаемая магнитная системаиндукционного ускорителя наиболееперспективна при использовании ее всильноточных бетатронах, работающихв импульсном режиме с повышеннойчастотой следования циклов ускоренияи имеющих значительный объем и весстали по сравнению с объемом и весом подмагничивающих обмоток,Формула изобретенияМагнитная система индукционногоускорителя, содержащая сплошной магнитопровод, обмотку возбуждения, подключенную к содержащей емкостнойнакопитель ипульсной системе питанияи обмотку подмагничивания, соединенную с индуктивностью, о т л и ч а ю -щ а я с я тем, что, с целью повышения предельной частоты циклов ускорения и стабилизации энергии ускоряемых частиц, обмотка подмагничиванияи индуктивность через управляемые вентили подключены к емкостному накопителю системы питания, и имеют общуюточку соединения с обмоткой возбуждения, причем индуктивность зашунти-рована управляемым вентилем и включена в цепь неуправляемого вентилясистемы питания.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 2660673,кл, Н 05 Н 7/04, опублик 1953,2. Авторское свидетельство СССР9 524477 кл. Н 05 Н 7/04, 1976.фиг иг остазитель Е. Медведевехред М,Кузьма Корректор С. Шекм актор Л.Письма Закаэ 92 б 7/ исное ВНИ/5 113035 Филиал ППП "Патент"., г. Ужгород, ул. Проектна Тираж ЗВ 5 И Государственного коми делам изобретений и о Москва, Ж, Раушска