Микротрон

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) 151)4 Н 05 Н 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТЕНИЯ(71) Научно-исследовательский институт ядерной Физики при Томском политехническом институте им, С.М. Кирова(56) Беловинцев К.А. и др. Сильното ный микротрон-инжектор в кн. "Труды международной конференции по ускорителям". М., А.И., 1964, с. 1058.Капица С.П. и Жюлехин В.Н. Ми трон, М., А.И., 1969, с. 162.(54)(57) 1, МИКРОТРОН, содержащий магнит с регулирующей напряженность магнитного поля, между полюсами кот рого размещена вакуумная камера, в которой расположены неподвижно закроОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИД крепленный магнитный шунт для вывода ускоренных. частиц и ускоряющий резонатор, в котором расположен катодный узел с катодом, при этом резонатор снабжен средствами для его перемещения вдоль линии, совпадающей с общим диаметром орбит. ускоряемых частиц, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона ппавной перестройки энергии пучка ускоренных частиц. без уменьшения интенсивности, в него введен регулируемай источник светового излучения, снабженный средствами для перемещения потока светового излучения вдоль катода, а катод выполнен в виде ленты с регулярной В структурой нитевидных кристаллов.2. Микротрон по п,1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что средства для перемещения потока светового излучения выполнены магнитоуправляемыми.Изобретение относится к ускорительной технике и может быть исполь-,зовано при разработке и в процессеэксплуатации мнкротронов.Известен микротрон, содержащийвакуумную камеру с неподвижно закрепленным выводным шунтом, магнит с регулируемой напряженностью магнитногополя, ускоряющий резонатор с катодным узлом, в котором с целью увеличе-ния коэффициента захвата, а значити расширения эффективной ширины диапазона плавной перестройки энергиипри. 1 ц = сопз 1, где 1 - ток ускоренных электронов, катод выполнен протяженным, т,е. в виде ленточного термоэмиттера. В этом микротроне при .плавной перестройке энергий великадоля эмиттируемых электронов, которыене доходят до конца ускорения, т,е.снижен коэффициент захвата, главнымобразом .за счет изменения оптики системы катод в . щель. Креме того., ускоренный ток в данном случае будет спадать на краях диапазона перестройкипараметра Я, характеризующего прирост энергии за оборот, снижая темсамым эффективную величину диапазонаперестройки,Кроме того, следуег подчеркнуть,что расширение дпапазона перестройкив данном устройстве реализуется засчет снижения. эффективности режимаускорения= Рц/Р (где Р - мощность пучка ускорителя на И-той орбите, Р - мощность, идущая на ускорение полного тока, эмиттированного врезонатор), а значит и КПД ускорителя в целом.Наиболее близким к предлагаемому : является микротрон, содержащий магнит с регулируемой напряженностью магнитного поля, мвкду полюсами которого размещена вакуумная камера, в которой расположены неподвижно закрепленный магнитный пункт для вывода ускоренных частиц и ускоряющий резонатор, в котором, расположен катодный узел с катодом, при этом резонатор снабжен средствами для его перемещения вдоль линии, совпадающей с общим диаметром орбит ускоренных час.тиц,Перемещением ускоряющего резонатора вдоль общегодиаметра орбит достигается дискретная перестройка энергии ускоренных электронов. Кроме того, данное устройство позволяет осуществить плавную перестройку энергии посредством изменения величины магнитного поля, что достигается изменением, например, токаэлектромагнита и соответствующегоему изменения СВЧ-мощности, подводимой к резонатору, так как мощностьпотерь в стенках резонатора Р - й(параметром я характеризуется прирост энергии электронов за оборот, азначит и полная энергия электроновна выводной орбите микротрона).Недостатком данного устройства вотношении плавной перестройки энергииявляется зависимость выведенного ускоренного .тока от требуемой энергииэлектронов, которая определяется зависимостью коэффициента захвата К =1/1 от параметра йгде 1 - ток ускоренных электронов;1 - полный ток эмиссии с катода.ОДру,гимн словами, при некотором25 фиксированном значении 1, (при 1,= сопзС) данному устройству присущесужение эффективного диапазона плавной перестройки энергии.Целью настоящего изобретения явЗО ляется расширение диапазона плавнойперестройки энергии пучка ускоренных частиц без уменьшения интенсивности,Поставленная цель достигается тем,35что в известный микротрон, содержащий магнит с регулируемой напряженностью магнитного поля, между полюсами которого размещена вакуумная камера, в которой расположены неподвижно40 3 акре пле нный магнитный шунт для Выв ода ускоренных частиц и ускоряющий резонатор, в котором расположен катодный узел с катодом, при этом резонатор снабжен средствами для егоперемещения вдоль линии, совпадающейс общим диаметром орбит ускоренныхчастиц, введен регулируемай источ-,ник светового излучения, снабженныйсредствами для перемещения потока50светового излучения вдоль катода, акатод выполнен в виде ленты с регу-.лярной структурой нитевидных крис-,таллов.Кроме того, средства для перемеще 55ния потока светового излучения могутбыть магнитоуправляемыми,Выполнение катода в виде регулярной структуры нитевидных кристаллов,материалом которых является полупро510 15 20 25 30 35 40 45 водник р-типа или высокоомный полу. проводник п-типа, служит достижению цели по той причине, что для них характерны наличие участка насыщения автоэмиссйонной вольтамперной характеристики и фоточувствительность на .этом участке. При этом плотность темнового тока автофотоэмиссии ( т.е, плотность тока в отсутствие воздействия света) при данном значении напряженности электрического поля у поверхности катода минимум в 1 О раэ меньше плотности автофототока при воздействии света с длиной волны, соответствующей фундаментальной полосе поглощения приповерхностного слоя,Таким образом, появляется возможность с помощью источника света и устройства его перемещения вдоль катодной ленты "включать" определенный участок автофотокатода ускоряющего резонатора микротрона, координата которого соответствует данному значению параметра й . Вариация интенсивности пучка света в соответствии с люкс-амперной характеристикой автофотокатода позволяет поддерживать ток ускоренных электронов на заданном уровне при плавной перестройке энергии во всем диапазоне й , который определяется рабочей областью.На чертеже приведена схема микро- трона.Катод 1 размещен на внутренней поверхности крышки управляющего резона тора 2. Дпя управления работой катода автофотокатода) применены источник 3 светового излучения и средство 4 перемещения магнитоуправляемое устройство, которое в зависимости от конкретного исполнения источника может управлять устройством перемещения вдоль катода луча света либо устройством перемещения самого источ" ника света). Ускоренные электроны выводятся посредством магнитного шунта 5, который неподвижно закреплен относительно стенки вакуумной камеры 6, Обратная связь между выведенным током и интенсивностью света, испускаемого источника 3, осуществляется посредством монитора 7 и устройст-: вом 8 согласования. Катод 1 представляет собой регулярную структуру нитевидных кристаллов, выполненную в виде ленты.1Под регулярной структурой нитевидных кристаллов понимается совокупность монокристаллов, отделенных друг от друга промежутками 20-40 мкм, диаметром у основания 1 мкм и высотой до 10 мкм. Такая структура получается путем управляемого выращивания ее по механизму пар - жидкость - кристалл (ПЖК) на соответствующей подложке. Подложкой в случае полупроводников является, как правило, монокристалл или эпитаксиальная ппенка из материала, роДственного или тождественного материалу нитевидных кристаллов.Управляемость роста нитевидных кристаллов позволяет варьировать приведенные выше параметры регулярной структуры в зависимости от условий применения. В частности, для предлагаемого нами устройства существенна величина промежутка между монокристаллическими остриями, поскольку она определяет точность установки координаты катода. Здесь следует подчеркнуть, что фоточувствительностью обладают только острия и только,при наличии у поверхности их электрическогополя,Таким образом, регулярная структура нитевидных кристаллов, выращеннаяпо ПЖК-механизму, выгодно отличаетсяот традиционной в автоэмисионнойтехнике системы макроострий, так как:;Ъа) отсутствует техническая проблемп крепления острий;б) параметры острий, выращенных поПЖК-механизму, значительно более однородны;в) острия-монокристаллы по своемусовершенству существенно ближе кидеапьной структуре монокристапла,чем объемные монокристалпы, а тем более поликристаллы, что в конечномитоге определяет их высокую электритческую прочность (т.е. стойкость киспарению полем и к бомбардировкезаряженными частицами).Микротрон работает следующим образом. Под действием СВЧ поля вблизи поверхности катода 1, работающего на участке насыщения автоэмиссионной вольт-амперной характеристики, создается обедненная область. Падающий на определенную часть катода пучок света генерирует электроны для обедненной области, что приводит к существенному увеличению экюттирующего тока, который далее ускоряется в соответствии с принципамн работы микро- трона,5 11637Изменение энергии выводимых электронов осуществляется путем изменения напряженности магнитного поля магнита. При этом магнитоуправляемое устройство 4 перемещает луч света вдолькатода 1, а компенсация изменения величины ускоренного тока, которое измеряется монитором 7, осуществляется изменением интенсивности света, испускаемого источником 3. В зависимос ти от конкретной реализации источника параллельной перенос луча света вдоль катода может осуществляться магнито" управляемым устройством 4,которое перемещает либо сам источник либо,при неподвижном относительно данного перемещения источнике,перемещаетлуч света, Вследствие изменения координаты катода, в зависимости от величинымагнитного поля лишние электроны не испускаются, 2 Оа значит, повышается эффективностьрежима ускорения, Ускоренные электроны выводятся обычным образом посредством шунта 5.Так осуществляется плавная перестройка энергии выводимых электроновк .окрестности некоторой фиксированной орбиты при неподвижном резонаторе 2, Когда ускоряющий резонатор перемещается вдоль общего диаметра орбит устройством его перемещения (начертеже не показано) на расстояния,кратные расстоянию между соседнимиорбитами, и на такие же расстоянияперемещается источник 3 (как показано на чертеже), или луч света, испускаемый источником, достигается цельсплошного перекрытия диапазона энергией ускоряемых в микротроне электронов. При этом благодаря применению4 Омонитора 7 и устройства 8 согласования, которые регулируют интенсивностьсвета, испускаемого источником, достигается дополнительная цель - под"держивание заданной величины выводимого тока электронов во всем диапазоне энергий ускоряемых в микротронеэлектронов,Следует подчеркнуть, что магнитоуправляемое устройство и устройство перемещения резонатора и луча света (в общем случае) обеспечивают две ,степени свободы для перемещения луча света, испускаемого источником; а) тонкое перемещение (реализующее плавную перестройку энергии между соседними орбитами при неподвижном резонаторе), б) .грубое перемещение,95 6Примером конкретного материала автофотокатода может служить Я-Я(Сц).Благодаря высокой степени управляемости ростом нитевидных кристалловпо ПИК механизму радиус закругленияострия можно задавать в широком диапазоне, а зависимости от напряженности электрического поля у его поверхности. В настоящее время для реализации предлагаемого устройства радиусзакругления острия следует подбиратьэкспериментально, поскольку работаавтофотокатода в СВЧ-полях специфична.Крепление ленточной системы нитевидных кристаллов на стенке резонатора осуществляется диффузионной сваркой (или каким-либо иным способом -в зависимости от выбранного материалаавтофотокатода).В качестве источника светового излучения целесообразно выбрать монохроматический, так как это позволяетболее тонко управлять работой автофотокатода, Так, для материала Бх-Яд(Си)целесообразно применить возбуждающийсвет с длиной волны А 0,7 мкм, При.исследовании автофотокатодов в качестве источника светового излученияприменяли лампу накаливания с монохроматором, Очевидно, для реализациипредлагаемого устройства можно применять подобную систему, Однако всравнении, например, с инжекционнымлазером эта система более громоздка,Таким образом, в первом случае источник 3 располагается вне вакуумной камеры 6 микротрона, и для ввода светатребуется окно, а во втором случаевозможно размещение источника в камере микротрона,В качестве ускоряющего резонатора предлагаемого микротрона целесообразно. применить цилиндрический резонатор, имеющий пролетное отверстие в виде горизонтальной щели, длина которой приближенно равна длине ленточного катода.Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство поз-. воляет реализовать плавную перестройку энергии выводимых электронов во всем диапазоне энергий ускоряемых электронов при неизменной величине тока выводимых электронов.В качестве дополнительных преимуществ технического решения следует отметить:Последнее обстоятельство приводитк необходимости сооружения дополнительной защиты, особенно при проведении исследований радиационно-чувствительяюх объектов, например биоло гических. Редактор П,Горькова Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяга Тираж 801 Подписное ВНИИПИ Государственного помнтета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д 4/5Заказ 3608/1 Производственно-полиграфическое Предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 1163795 8а) повышение надежности катодного корителя и создавая дополнительный узла микротрона благодаря уникальным фон жесткого электромагнитного .излу" свойствам нитевидных кристаллов; чения,б) существенное уменьшение количества лишних электронов, которыезахватываются в процессе ускоренияпри неблагоприятных начальных условиях, а затем выбывают на различных егоэтапах, понижая тем самюм эффективность режима ускорения , ИШ ус