Система инжекции бетатрона

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 9) (11) 98.18 ЕСПУБЛ а 11 Н 05 Н 7 00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМ ТЕЛ ЬСТ др. Индукцион ов - бета, с, 42 ушин. Выкции с повьппенТруды зд ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательскийинститут электронной интроскопиипри Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного(56) 1. Л.И. Ананьев иный ускоритель электронтрон, И Госатомиздат,45. 2. Ю.Н, Бельтяев, В.С. бор параметров системы инж малогабаритного бетатрона ной частотой возбуждения. НИИЯФ при ТПИ, вып. 3, Ат 1973, с. 15-17 (прототип)(54) (57) 1. СИСТЕМА ИНЖЕКПИИ БЕТАТРОНА, содержащая источник питания, состоящий из зарядного устройства, накопительного конденсатора и коммутатора, импульсный трансформатор и инжектор, включающий катод и управляющий электрод и анод, подключенный к общей шине, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения энергии инжектируемых электронов и упрощения схемы формирования фронтов импульса тока, в нее введен конденсатор, одной обкладкой подключенный к управляющему электроду инжектора, а другой - к общей шине, при этом один из выводовР высоковольтной обмотки импульсного Е трансформатора подключен к катоду инжектора, а другой - к его аноду.1029818 2. Система инжекции по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что конденсатор выполнен в виде металличесИзобретение относится к ускорительной технике,Известна система инжекции бетатрона, включающая генератор высоковольтных импульсов напряжения отрицательной полярности и инжектор1 3. Генератор импульсов напряжения включаетисточник заряда накопительной емкости, емкость (или формирующая линия),коммутатор (тиратрон или тиристор) и1 Оимпульсный трансформатор со стальнымсердечником, Инжектор состоит из катода, фокусирующего электрода, соединенных между собой электрически, ианода. Сформированный генератором15инжекции импульс напряжения колоколообразной формы подается на катод инжектора. Инжектор, являясь неуправляемым элементом системы инжекции, форми-.рует импульс тока инжекции, повторяю 20щий в некоторой степени форму импульса напряжения инжекции,Недостатком описанной системы является формирование импульса тока инжек 25ции длительностью, превышающей длительность интервала захвата за счет относительно пологих фронтов и большиетепловые нагрузки на электроды инжектора.Известна также система инжекции 4бетатрона, содержащая источник питания, состоящий из зарядного устройства, накопительного конденсатора и коммутатора, импульсный трансформатор и инжектор, включающий катод, управляю щий электрод и анод, подключенный к общей шине21.Система работает следующим образом.Формируемые генератором импульсы напряжения с пологими фронтами дли О тельностью 3 ф 10отрицательной полярности с конца и отвода высоковольтной обмотки подаются соответственно на управляющий электрод и катод. Разность потенциалов между ними выбрана 45 таким образом, чтобы инжектор на протяжении всего импульса напряжения был заперт, В требуемый момет времени кой пластины, укрепленной на изоляторе внутри корпуса импульсного трансформатора, соединенного с общей шиной. с генератора управления подается на управляющий электрод импульс напряжения положительной полярности с крутыми фронтами и открывает инжектор, Благодаря крутым фронтам управляющего импульса напряжения с амплитудой в ,ц. раз меньшей амплитуды -,импульса напряжения ( р. - статистический коэффициент усиления управляемого инжектора) в прототипе формируется импульс тока инжекции с фронтами длительностью -1 -10 с 2 3, что позволяет существенно снизить тепловые нагрузки на электроды инжекторы и увеличить захваченный заряд на 50-757. по сравнению с описанной системой инжекции.К недостаткам схемы с управлением параметрами импульса тока инжекции следует отнести наличие дополнительного генератора формирования управляющих импульсов и понижение амплитуды1импульса напряжения на - 1007 за счет того, что катод управляемого инжектора подключен не к потенциальному концу высоковольтной обмотки, а к ее отводу, Снижение амплитуды приводит к снижению на такую же величину захваченного зарядаЦелью изобретения является повышение энергии инжектированных электронов и упрощение схемы формирования фронтов импульса тока.Поставленная цель достигается тем, что в систему инжекции бетатрона, содержащую источник питания, состоящий из зарядного устройства, накопительного конденсатора и коммутатора, импульсный трансформатор и инжектор, включающий катод и управляющий электрод и анод, подключенный к общей шине, введен конденсатор, одной обкладной подключенный к управляющему электроду инжектора, а другой - к об-, щей шине, Один вывод высоковольтной обмотки импульсного трансформатора подключен к катоду инжектора, а другой - к его аноду.20 3 1029Этот конденсатор может быть выпол- нен в виде металлической пластины, укрепленной на изоляторе внутри корпуса импульсного трансформатора, соединенного с общей шиной.5 На фиг. 1 приведена система инжекции; на фиг. 2 - диаграммы напряжений на катоде, управляющем электроде инжектора и тока инжекции; на фиг. 3 - эквивалентная схема систе" мы инжекции. Генератор 1 импульсов напряжения инжекции состоит из зарядного уст 15 роиства, накопительной емкости, коммутатора и импульсного трансформатора 2. Управляемый инжектор включает в себя катод 3, анод 4 и управляющий электрод.5.Потенциальный конец высоковольт.ной обмотки импульсного трансформатора 2 подключен к катоду инжектора, а заземленный конец - к аноду 4 и к управляющему электроду 5 через конденсатор (емкость б). Межэлектрод 25 ные емкости управляющий электрод - анод и управляющий электрод-катод обозначены соответственно 7 и 8. Параллельно высоковольтной обмотке импульсного трансформатора 2 включена шунтирующая активная нагрузка 9.На фиг. 2 обозначены диаграмма напряжений на катоде (кривая 10) и на управляющем электроде инжектора (кривая 11). Импульс тока инжекции 35 (кривая 12) соответствует работе инжектора с электрически соединенными катодом и управляющим электродом (как в описанном аналоге), импульс тока (кривые 13, 14) с крутым спадом ф получен в результате работы описанной схемы с использованием емкости б, включенной между управляющим электродом и заземленным йонцом высоковольтной обмотки. 45На эквивалентной схеме (фиг. 3) обозначен вакуумный диод 15, образованный катодом 3 (катод диода 15) и управляющим электродом 5.(анод диода 15) - внутреннее сопротивление 16 диода 15. Цепь 15, 16 является цепью заряда емкостей б и 7. Диод 17 образован управляющим электродом 5 (катод диода 17) и анодом 4 (анод диода 17) с, внутренним сопротивлением 18. Диод 19 образован управляющим электродом 5 (катод диода 19) и катодом 3 (анод диода 19) с внут 818 аренним сопротивлением 20, Цепи диодов17 и 19 являются цепями разряда 6 н 7.Система инжекции работает следующим образом.В исходном состоянии катод 3 нагретдо номинальной температуры. Емкости7, 8 и 6 разряжены. При Формированииимпульса напряжения на высоковольтнойобмотке 2, например, синусоидальнойформы (кривая 10 Фиг. 2), между катодом 3 и управляющим электродом 5 возникает разность потенциалов (потечциал катода отрицательный), В результате появившейся разности потенциаловмежду катодом 3 и управляющим электродом 5 возникает термоэмиссия электронов с катода 3, которые, дости,гая управляющего электрода 5, начинают заряжать емкости б и 7 по цепи 15, 16. В результате заряда емкостей 6 и 7 отрицательный относительно земли потенциал управляющего электрода начинает автоматически расти, повторяя с некоторой задержкой закон изменения потенциала на катоде. В момент времени С (фиг. 2), когда потенциал катода 3 перейдет максимум и кривые 10 и 11 (фиг. 2) пересекутся, заряд емкостей 6 и 7 прекратится. Начиная с моментаемкостИ 6 и 7 начинают разряжаться, например, по закону, представленному на Фиг. 2 (кривая 14). Эти емкости разряжаются по цепи 17, 18 управляющий электрод 5 - анод 4 за счет термоэмиссии с нагретого тепловым излучением катода 3 управляющего электрода 5, изготовленного из тантала. Второй цепью разряда емкостей 6 и 7 с момента времени й , когда потенциал1катода 3 становится по абсолютной величине меньше потенциала управляющего электрода 5, будет заряд межэлектродной емкости 8. И третья цепь разряда емкостей б и 7 и диода 19 с сопротивлением 20 за счет термоэмиссии электронов с управляющего электрода 5 на катод 3. Начиная с момента временивоз/никает отрицательное смещение на управляющем электроде 5 относительнокатода 3, которое подзагирает управляемый инжектор. В момент времени с2(фиг. 2), когда разность потенциаловмежду управляющим электродом 5 и катодом 3 станет равной напряжению запирания инжектора, т,е. равной1Ик, инжектор полностью запирается.На фиг. 2 видно, что длительность спада импульса тока определяется временным интервалом -С 2 и зависит от величины статического коэффициента усиления инжектора /с,и формы импульса 5 напряжения на катоде. Чем быстрее разность потенциалов катода и управляющего электрода достигает напряжения запирания (момент времени Фиг. 2), Тем круче будет спад импуль-О са тока инжекции.Подбирая величину емкости б и меняя, таким образом, время разряда емкостей б н 7 возможно формирование крутого Фронта импульса тока инжек ции (Фиг, 2, кривая 14), длительность которого соответствует интервалу з Ф1 ля исключения нестабильности длительности спада импульса тока инжек ции, которая может возникнуть при смене ускорительной камеры на другую, величина емкости б выбирается из условия: емкость б много больше емкости управляющий электрод-анод,прибли зительно равной емкости управляющий электрод-катод.Нестабильность момента открытия инжектора (момент времениФиг,2), которая может возникнуть в результа- .1 О те замены ускорительной камеры на другую или при изменении мощности накала катода 3, не влияет на эффективность захвата, так как фронт импульса тока инжекции Формируется до вре- менного интервала захвага электронов в ускорение."В качестве базового объекта, с которым сравниваются показатели изобретения, принята система инжекции бетатрона типа МИБ.Предложенная система инжекции, Формирующая импульсы тока с крутыми фронтом и спадом, отличается от базо. вой существенным упрощением схемы инжекции и позволяет автоматически стабилизировать мсчент начала спада импульса тока инжекции и его длительность, которая определяется, как было показано выше, в основном формой импульса напряжения и величиной емкости С,Кроме того,.в предложенной системе для ускорения электронов в инжекторе используется полное напряжение инжекции, снимаемое с потенциального конца высоковольтной обмотки импульсного трансформатора, а в базовом объекте - только его часть, .так как катод в нем подключен не к концу высоковольтной обмотки, а к ее отводу, Такое решение позволяет при прочих равных условиях в предложенной системе инжекции увеличить захваченный заряд в ускорение.Экспериментальные исследования предложенной системы инжекции показали, что подключение управляющего электрода к заземленйому концу высоковольтной обмотки через емкость 6 позволяет Формировать фронт импульса тока инжекции длительностью 5 "10 с и спад длительностью 2 10 с При этом наблюдалась высокая стабильность моментов отпирания и запирания инжектора. Использование полного напряжения инжекции позволило на 10-157 увеличить по сравнению с базовым объектом захваченный заряд. Таким образом, предлагаемая система инжекции позволяет без применения дополнительных, управляющих работой инжектора схем Формировать импульс тока инжекции с крутыми фронтами, что обеспечивает повышение эффективности захвата электронов в бетатронное ускорение и снижение тепловых нагрузок на анод инжектора при повышении частоты циклов ускорения бетатрона.