Ускоритель электронов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик д , -аФ(41.М. Кл.з Н 05 Н 9/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель при Томском политехническом институте им. С.М.(54) УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использованопри разработке высокоэффективных линейных ускорителей, в частностисверхпроводящих ускорителей непрерывного действия,Известен ускоритель электронов,содержащий выполненную в диде диафрагмирования волновода ускоряющуюструктуру, расположенную внутри Фокусирующего соленоида1 .В известном устройстве ускорениеэлектронов осуществляется полем замедленной в волноводе бегущей волны,а поперечная фокусировка - продольным магнитным полем соленоида.Однако для известного устройствахарактерны большие мощности в диафрагмированном волноводе, а такженеобходимость использования внешнихфокусирующих устройств.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сушиости являетсяускоритель электронов, содержащийэлектронную пушку и ускоряющую структуру, между которыми расположено устройство кругового сканирования электронного пучка по цнлийрической поверхности, и подсоединенный к ускоряющей структуре узел возбужденйя 21. В известном устройстве, ускоряющаяволноводная структура выполнена изкоаксиального диафрагмированного .волновода. Трубчатый пучок электроновпроходит внутренним и внешним узлами коаксиального волновода. Диафрагмы, имеющие, форму спирали, расположены на поверхности коаксиальноговолновода и образуют широкие стенкисвернутого в спираль волновода прямоугольного поперечного сеченияцентральная линия волновода прямоугольного сечения направлена поперекоси ускорителя. При этом частицыускоряются полем волны Н 1 типа,.электрическая составляющая которогонаправлена перпендикулярно к центральной линии волновода и вдоль оси.ускорителяНедостатком известного устройст-.ва. являются ограниченныв возможности повышения эФфективности, напримерс помощью перевода ускоряющей струк"туры в сверхпроводящий режим. Этообусловлено тем, что для обеспеченияпоперечной устойчивости принципиально необходимо использование внешнегофокусирующего магнитного поля, которое при Форсированных режимах выво- ЗО дит материал ускоряющей структуры изсверхпроводящего состояния, Кроме того, наличие внутренней коаксиальной трубы и диафрагмою приводит к появлению локальных перенапряжений в структуре, что также ограничивает величину ускоряющего;поля. 5Цель изобретения - повысить эффек-, тивность ускорения путем уменьшения локальных перенапряжений в ускоряющей структуре и обеспечить поперечную устойчивость электронов с помощью 10 ускоряющего ноля.Поставленная цель достигается твм, что в ускорителе электронов, содержащем электронную пушку и ускоряющую. структуру, между которыми расположе но устройство кругового сканирования электронного пучка по цилиндрической поверхности, и подсоединенный к ус". коряющей структуре узел возбуждения, ускоряющая структура выполнена в ви де спирально изогнутого гладкого круглого волновода с пбстоянным поперечным сечением, спирально изогну-тая линия которого совмещена с цилиндрической поверхностью сканирования, 25 а радиус поперечного сечения равен. удвоенному радиусу цилиндрической поверхности сканирования, при этом узел возбуждения выполнен в виде возбудителя волны типа Е . 30на Фиг.1 дана блок-схема устройства в сверхпроводящем варианте с петлей обратной связи, на Фиг.2 - ускоряющая структура; йа Фиг.3 - раэреэ А-А на Фиг.2 на Фиг.4 - разрез 35 Б-Б на Фиг.2; на Фиг.5 - разрез В-В .на Фиг.2 1 на Фиг.б " разрез Г-Г на Фиг.2.Устройство содержит электроннуюпушку 1, генератор 2 СВЧ-колебаний, 4 О сверхпроводящую ускоряющую структуру 3 с петлей 4 обратной связи, устройство 5 возбуждения, систему б сканирования.Электронная пушка является источ" 45 ником предварительно ускоренных электронов до энергии 60-800 кэВ. .Система б сканирования луча служитдля круговой развертки пучка элект.ронов. Генератор 2 СВЧ-колебания яв- ляется источником СВЧ-мощности и используется для возбуждения СВЧ-поля в резонаторе системам б сканирования и ускоряющей электромагнитнойволны, Ускоряющая волноводная структура 3 (см. Фиг. 2-6) выполнена иэ сверхпроводящего волновода постоянно" го круглого поперечного сечения. Ус", коряющий волновод пвриодически изогнут вдоль оси ускорителя так, что образующаяцилиндрической поверх О ности симмвтричнбй оси ускорителя является поочередно касательной к центральной линии и поверхности волновода, центральная линия имеет. вид спирали с радиусом, .равным половине 65 радиуса волновода, и симметричной относительно оси ускорителя, При этом траектория электронов периодически проходит в центре и у поверхности волновода. Для того, чтобы электроны в ускоряющий полупериод электромагнитной волны находились в центре волновода, а в тормозящий - у стенки, необходимо чтобы шаг спирали и, обраэовайной центральной линией волновода, определялся соотношениемщ Ь ф=ф о где Лэ - длина волны в волноводе;Чф - Фазовая.скорость ускоряющей волныЧ - скорость электронов.Петля обратной связи выполнена из волновода такого же поперечного сечения, что и ускоряющая волноводная структура, и служит для рвкуперации энергии электромагнитной волны.Устройство 5 возбуждения представляет собой направленный отввтвитвль и служит для возбуждения бегущей волны Етипа в сверхпроводящем резонаторе,Устройство работает следующим образом.Вылетая из инжектора, прямолиней. - ный поток электронов пролетает зазоррезонатора системы развертки, в котором возбуждена волна Ено типа.Вводы этого резонатора питаются отСВЧ-генератора со сдвигом Фаз на 90что обеспечивает круговую поляризацию поля. Пучок электронов приходит в пучности вращающегося магнитного поля, приобретает поперечную скорость и в Форме.расширякицейся.спирали движется в пространстве дрейфа. При пролете между коаксиально расположенными электродами системы развертки под действием радиально направленного электрического поля поперечная скорость, уменьшается до нуля и в ускоряющей волноводной структуре невозмущенная ускоряющая полем спираль электронов пучка имеет постояннйй радйус. Взаимодействуя с волной Е, типа, распространяющейся по волноводу круглого поперечного сечения, частицы ускоряются продольной составляющей электрического поля. Частицы, проскальзывая по Фазе волн, находятся в тормозящий полупериод у стенки волновода, где продольная составляющая минимальна, а в уско- . ряющий полупериод - в центре волновода, Воздействие на частицы в поперечном направлении носит периодичес-, кий характер и описывается уравнением Матье. Это обеспечивает устойчивую траекторию частиц без использования полей внешней фокусирующей системы. Электроны ускоряются в поле бегущей волны, усиленной в результате рекуперации электромагнитной энергии. Это позволяет достигать высокочастотный КПД значений, близких к 100, так как в установившем" ся режиме мощность генератора затрачивается только на. ускорение частиц и омические потери, которые незначительны при использовании гладкой 30 сверхпроводящей волноводной структуры.Таким образом, использование волновода постоянного поперечного сечения, ускорение частиц несинхронной15 волной Е типа и круговая развертка пучка позволяют повысить эффективность ускорения по сравнению с прототипомФормула изобретенияУскоритель электронов, содержащий электронную пушку и ускоРяющую структуру, между которыми расположе- но устройство кругового сканирования электронного пучка по цилиндрической поверхности, и подсоединенный к ускоряющей структуре узел возбуждения,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эффективностиускорения путем уменьшения локальных перенапряжений в ускоряющейструктуре и обеспечения поперечнойустойчивости электронов с помощьюускоряющего поля, ускоряющая структу-ра выполнена в виде спирально изогнутого круглого волновода с постоянньм поперечньм сечением, спиральноизогнутая центральная линия которого совмещена с .цилиндрической поверхностью сканирования, а Радиуспоперечного сачеиия равен удвоенному радиусу цющидрической поверхности сканировакия, при этом узел возбуждения выполнен и виде возбудителя волны типа К4 .ед Подпнсно каэ илиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 689/13: Тираж 862 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и от 3035, Москва, З, Раушск митета СССР ритнй я. наб., д.4/