Устройство для формирования сильноточных пикосекундных пучков заряженных частиц

,80793348ша Н 05 Н 9/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(46) 23.12.85. Бюл, Ф 47 (71) Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт(56) 1. Бойко В.А. и др. Низковольтная пушка с резонатором для формирования сгустков электронов в линейном ускорителе. - Техническая физика", 1974, т44, вып. 4.2, Глазков А.А, и др. Проект системы для получения ультракоротких импульсов тока пучка на линейном ускорителе электронов У"Ускоритель", вып. 15, Атомиздат, 1976. (54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИПЬНОТОЧНЫХ ПИКОСЕКУНДНЫХ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащее последовательно и соосно расположенные инжектор, субгармонический резонатор, волноводный группиро. ватель и импульсный дефлектор, ускоряющие секции, а также модулятор,включающий коммутатор, ферритовуюформирующую линию, формировательформы импульса напряжения и кабель"ный повышающий трансформатор, выходкоторого подключен к инжектору, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения стабильности, уменьшения длительности и увеличенияимпульсного тока пучка, в модуляторвведены дополнительная ферритоваяформирующая линия и регулируемыйблок подмагничивания, причем дополнительная формирующая линия череззарядный конденсатор, согласующеесопротивление и дроссель включенапараллельно с основной формирующейлинией, выход дополнительной формирующей линии через формирующий коаксиальный тройник с короткозамкнутцм шлейфом подключен к импульсномудефлектору, а выходы блока подмагничивания подключены к входам обеих формирующих линий,2, Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что инжекторвыполнен в виде острийного катода, 793348Изобретение относится к ускорительной технике и может быть исполь эовано для получения импульсов токапучка электронов в наносекундноми пикосекундном диапазонах на линейных ускорителях электронов.Известны устройства для формирования. коротких импульсов тока пучка путем модуляции наносекунднымивысоковольтными импульсами напряжения двухэлектродных электронных пушек Г 1 .Однако получение импульсов токапучка длительностью менее 5 нс спомощью модуляции двухэлектродныхпушек по катоду технически не удается осуществить из-за трудностей формирования наносекундных импульсовс фронтами менее 1 нс и амплитудой50-100 кВ, а также из-за наличияпаразитной емкости между анодом икатодом катушки,Разработаны импульсные наносекундные усилители для модуляцииуправляющего электрода трехэлектродных коаксиальных электронныхпушек, что позволяет формироватькороткие импульсы тока пучка,Основным недостатком трехэлектродных электронных пушек являетсянеудовлетворительная надежностьработы катодно-сеточного узла, чтосвязано сравнительно быстрым (около200 ч) выходом из строя управляющего электрода пушки (так называемоевыгорание"сетки),При увеличении расстояниямежду катодом и управляющимэлектродом (примерно до 3 мм)долговечность сетки растет, но приэтом теряется основное преимуществотрехэлектродной пушки - возможностьуправления электронным пучком засчет подачи на сетку импульсов сравнительно небольшой (до 1 кВ) величины модулирующего напряжения,Известны различные конструкциимодуляторов для управления электронным пучком в импульсных дефлекторахдля формирования коротких импульсовтока пучка. Для получения импульсов тока пучка длительностью менее 1 нс в деФлекторе используются для отклонения пучка Фронтальные участки модулирующих импульсов напряжения, что резко уменьшает амплитуду коротких 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 импульсов тока пучка, и большаячасть пучка теряется на коллиматоре,Известно устройство для Формирования сильноточных пикосекундныхпучков заряженных частиц, содержащеепоследовательно и соосно расположенные инжектор, субгармонический резонатор, волноводный группирователь,импульсный дефлектор, ускоряющиесекции и модулятор,.включающий коммутатор, ферритовую формирующуюлинию, формирователь формы импульсанапряжения и кабельный повышающийтрансформатор. В таком устройствес помощью субгармонического резонатора электронный поток модулируется в сгустки, следующие с частотойповторения субкратной относительноускоряющей частоты, и один из сгустков в определенный момент временипропускается импульсным дефлекторомна выход ускорителя, а остальныесгустки теряются на коллиматоре. Такое устройство не позволяет получитьпикосекундные импульсы с зарядомболее 1-2 иКл, Это связано с невозможностью синхронизировать с точностью до 0,1 нс два различных модулятора электронной пушки и импульсного дефлектора и осуществить стабильную и плавную регулировку имГпульсов запуска между ними в пределах 0-3 нс. Поэтому в таком устройстве не удается получить достаточно стабильные импульсы длительностьюменее 50 нс,Целью предлагаемого устройстваявляется повышение стабильности,уменьшения длительности импульса иувеличения импульсного тока пучкана выходе ускорителя.Поставленная цель достигаетсяза счет того, что в известном устройстве, содержащем последовательнои соосно расположенные инжектор,субгармонический резонатор, волноводный группирователь, импульсный дефлектор, ускоряющие секции, а такжемодулятор, включающий коммутатор,ферритовую формирующую линию, формирователь формы импульса напряженияи кабельный повышающий трансформатор,выход которого подключен к инжектору, в модулятор введены дополнительная ферритовая формирующая линия ирегулируемый блок подмагничивания,причем дополнительная формирующаялиния через зарядный конденсатор,согласующее сопротивление и дроссельвключена параллельно с основной формирующей линией, выход дополнительнойформирующей линии через формирующийкоаксиальный тройник с короткозамкнутым шлейфом подключен к импульсномудефлектору, а выходы блока подмагничивания подключены ко входам обеихформирующих линий,На фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма работы устройства,функциональная схема содержиткоммутатор 1, две ферритовые формирующие линии 2 и 3, формирующий тройник 4 и блок подмагничивания 5. Одиниз выходов модулятора подключен ккатоду инжектора 6. Другой выход модулятора подключен к управляющейпластине импульсного дефлектора 7.Между инжектором и дефлектором расположены субгармонический резонатор. 8 и волноводный группирователь 9,которые группируют электронный потоки сгустки на частоте, субкратной кчастоте ускоряющей секции 10.Устройство работает следующим образом,Из коммутатора 1, собранного насверхбыстродействующих импульсныхтиристорах, работающих в лавинномрежиме, исходный импульс напряженияпоступает в две параллельно соединенные ферритовые формирующие линииФЛ 1 и ФЛ 2, На выходе ферритовых линий за счет обострения фронта ударных электромагнитных волн получаютсяимпульсы напряжения с передними фронтами менее 1 нс и амплитудой до 1030 кВ. Временная задержка междувысоковольтными импульсами напряжения осуществляется изменением подмагничивания ферритовых колец линийФЛ 1 и ФЛ 2 за счет пропускания различных по величине постоянных токов.через внутренний коаксиал ферритовыхлиний от блока подмагничивания 5,Формирующие коаксиальные тройники 4с короткозамкнутыми шлейфами используются для формирования длительностинаносекундных импульсов напряженияна выходах ферритовых обостряющихлиний, При использовании тиристорного коммутатора 1 периодическаястабильность запуска всего модулятора в целом не превьппает М( 0;10,3 нс, а периодическая нестабильность между двумя выходными сигнала 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мн на выходе модулятора д 1 0,1 нс. Таким образом, модулятор с двумя формирующими линиями позволяет осуществить временную синхронизацию с точностью до наносекунды импульсов тока икжекции из двухэлектродной электронной пушки и управляющих импульсов напряжения на дефлекторе, что повьппает стабильность тока пучка. Между этими импульсами возможно регулировать временную задержку в диапазоне ф 10 нс, что позволяет уменьшить длительность импульса тока пучка. Применение в модуляторе дополнительной формирующей линии ФЛ 2 позволяет осуществить наносекундный режим работы как импульсного дефлектора 7, так и электронного инжектора 6, что дает возможность существенно увеличить импульсный ток пучка (до 300-500 А) при высокой надежности системы в целом. Временная диаграмма работы устройства показана на фиг.2, где показаны:а) импульс тока пучка на выходе инжектора, б) форма субгармонического груп- пирующего напряжения в резонаторе, в) форма группирующего напряжения по частоте, равной ускоряющей частоте ЛУЭ, г) импульс напряжения на управляющей пластине дефлектора, д) импульс тока пучка на выходе ускорителя.Таким образом, применение в системе инжекции описанного выше модулятора с двумя параллельными ферритовыми линиями и блоком подмагничивания позволяет значительно увеличить импульсный ток (до 300-500 А) в одиночных пикосекундных импульсах, при высокой надежности работы системы инжекции в целом и увеличении стабильности импуЛьсов тока пучка, За счет возможности регулирования временной задержки между импульсом инжекции пушки и управляющим импульсом дефлектора возможно изменение длительности формируемых в инжекторе импульсов тока пучка.Увеличение импульсного тока в наносекундных импульсах инжекции возможно при использовании в качестве источника электронов пушек с холодным металлическим острийнымФкатодом, которые имеют коаксиальную структуру с малыми паразитными междуэлектродными емкостями из-за отсутствия накального трансформатора.5 793348 аИспользование пушки с острийным При соответствующей временной эадержкатодом в качестве инжектора в опи- ке между выходными импульсами напрясанной системе инжекции позволяет жения модулятора, подаваемыми на получить импульсы тока пучка дли- дефлектор и пушку с острийным катотельностью в несколько десятков )дом, возможна регулировка импульсов пикосекунд с током в несколько ки- тока пучка на выходе ускорителя в лоампер при энергии в десятки мега- пределах 1-100 нс при токе 50- электронвольт, Предлагаемый модуля А. При возбуждении субгармонитор позволяет приводить работы на ческого резонатора на частоте, субускорителе в широком временном диапа- )О кратной к ускоряющей частоте ЛУЭ, зоне. на выходе регистрируются пикосекундПри отключении ферритовой линии ные импульсы тока пучка длитепьФЛ 1 ускоритель может работать в ми- костью до 30-50 нс с током до кросекундном временном диапазоне, , 500 А,НИИПИ Заказ 8133/3 ираж 793 Подписноефилиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Прое