Высокочастотная система ускорителя со стоячей волной

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИН 1246 11 Н 05(ч К. Шилов различикратно с я лич ающ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБР н двторСКоМ СвидетепьСта(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт(56) Викулов В. Ф. и др, Разработка, запуск и испытание компактного ЛУЭ со стоячей волной на энергию 5.5 мэВ и ток 100 мА, ВАНТ, Сер."Техника физического эксперимента" в 4(4). Харьков: ХФТИ, 1979, с.3-5.Зверев Б. В Шилов В. К. Ускоряющие системы со стоячей волной на основе многопучковых структур, ВАНТ. Сер. "Техника физического эксперимента", в 2(4), - Харьков. ХФТИ, 1983, с. 63-64.(54)(57) ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ С СТЕМА УСКОРИТРЛЯ СО СТОЯЧРЙ ВОЛНОЙ, состоящая из ускоряющей секции и последовательно соединенных ВЧ-генератора, фазовращателя, аттенюатора, волноводного моста, входные плечи которого подсоединены к аттенюатору и волноводной поглощающей нагрузке, а выходные - к ускоряющей секции, содержащей М резисторов с внутренним диаметром Р1,2, где М - четное число ъ, 4, расположенных наодной оси цилиндрических резонаторов, Х - длина волны генератора, и соединяющих их резонаторов связи с отверстиями связи в общих стенках и пролетными отверстиями в местах пучностй ускоряющего электрического поля, при этом волноводный мост выполнен со связью по узкой стенке и его выходные плечи соединены - одно непосредственно с цилиндрическим резонаторомчерез окно ввода мощности в торцовой поверхности волновода, а на конце другого расположена закорачивающая пластина и связь с соседним цилиндрическим резонатором осуществлена посредством окна ввода мощностив узкой стенке волновода так, чтоцентр окна ввода мощности расположенот закоротки на расстоянииЛ- (2 п+1), где и - 0,1,2на вол;ы в волноводе,н выходных плечей мост что, с целью улучшения технологичности, уменьшения массогабаритных параметров ускорителя, все М резонаторов расположены на одной оси и имеют идентичную форму, при этом отверстия связи расположены в центре торцовых поверхностей резонаторов и имеют во всех резонаторах, кроме крайних, форму креста, образованного двумя эллиптическими щелями, ориентированными на пролетные отверстия, а в крайних резонаторах отверстия связи выполнены в виде эллиптических шелей, проекции которых на одну торцовую поверхность резонатора образуют крест, ориентированный аналогично крестообразным отверстием связи, при этом большие оси щелей связи и плоскости окон ввода мощности, расположенных со стороны соответствующего плеча волноводного креста, ортогональны, если М/2 - четное число, и параллельны, если М/2 - нечетное чис124Изобретение относится,к ускори,тельной технике, а именно к высокочастотным системам малогабаритных:,ускорителей заряженных частиц со стоячей волной, и может найти применениев тех областях науки и техники, гдетребуются мощные источники ионизирующих излучений или потоков ускоренных частиц.Целью изобретения является улучшение технологичности ускоряющейсистемы и уменьшение массогабаритныхпараметров ускорителя,На чертеже изображена высокочастотная система ускорителя со стоячейволной,Система содержит высокочастотныйгенератор (магнетрон) 1, последовательно соединенный с фазовращателем2 и аттенюаторам 3, который соединяется с одним из входных плечей валноваднога моста 4, К другому входному плечу этого моста присоединенаволноводная поглощающая нагрузка 5,а выходные плечи с помощью окон 6ввода ВЧ-мощности подведены к двумсоседним ускоряющим резонаторам 7,связанным с помощью крестообразныхотверстий связи с ускоряющими резонаторами 9, которые непосредственнос валноводами не связаны. Причемкрайние из этих резонаторов связаныс помащьи щелей связи 10 и 11, чьипроекции на одну плоскость ортоганальны,. с замыкающими с обоих концовускоряющую структуру ускоряющимирезонаторами 12. В торцовых поверхностях всех ускоряющих резонаторовимеется по четыре цилиндрических отверстия 13 для проводки пучков ускорения электронов.Система работает следующим образам,ВЧ-мащнасть ат генератора 1 проходит через фазовращатель 2, с помощьи которого выбирают оптимальную рабочуи фазу, через аттениатор 3, назначение каторога заключается в регулировании величины проходящей в ускоряющую систему ВЧ-мощности, и далее поступает в первое входное плечо волнаводного моста 4, где делится между двумя выходными плечами, причем фазовый сдвиг между падающими волнами в выходных плечах составляет 3 /2, ВЧ-мощность, поступающая через окна ввода мощности 6 в соседние ускоряющие резонаторы 7, за счет наличия 6871 2отверстий и щелей связи 8, 10 и 11,распространяется по всей ускоряющейструктуре, те. во всех ускоряющихрезонаторах 7, 9 и 2 возбуждаютсяВЧ-поля Причем так как внутреннийдиаме.тр резонаторов Л - 1,2 М, то в нихвозбуждается на рабочей частоте колебание вида Г . Нужно отметить, чтомов первый момент вся ВЧ-мощность атраО жается от высокодобротной ускоряющейсистемы и постуттает в поглощающуюволновадную нагрузку 5. Затем ВЧ-поля в ускоряющей структуре нарастаютда своих номинальных значений, причем5 ат каждого подвода мощности с помощьюокон связи 6 ускоряющая система возбуждается на 3/2 виде колебаний, Структура ВЧ-паля на этом виде колебанийвдоль ускоряющей системы такова, что20 для каждого данного конкретного ввода ВЧ-мощности будут возбуждатьсяразные наборы ускоряющих резонаторов7, 9 и 12, расположенных один задругим через один, а часть резонато 25 ров 9 и другой резонатор 7 для данного ввода мощности будут играть рольрезонаторов связи (ВЧ-поля, возбуждаемые в них от данного ввода ВЧ"мощности, практически равны нулю), ноЗ 0 наличие второго ввода мощности приводит к тому, что и в этих резонаторах возбуждаются ВЧ-паля, сдвинутыепо фазе относительно ВЧ-полей в соседних ячейках на 7/2. Помимо этого,35так как плоскости окон ввода ВЧ-мощности 6 артоганальны, благодаря наличии крестообразных отверстий связи 8, возбуждаемые ат разных вводовВЧ-мощности поля в соседних ускоряющих резонаторах (вид колебаний Е )иоимеют пространственное распределениес двумя пучностями ускоряющего электрического паля, Причем фазовый сдвигмежду электрическими полями в пуч 4,. настях одного ускоряющего резонато 4 с,ра составляет Ъ, а проекция осей,перпендикулярных оси системы и проходящих через пучности электрическога поля в соседних резонаторах, артогональны, Наличие двух щелей связи10 и 11, проекции больших осей симметрии которых на плоскость, перпендикулярную оси системы, артоганальны,соединяюших ускоряищие резонаторы 955 с крайними ускоряющими резонаторами2, позволяет реализовать такие граничные условия на концах ускоряющейструктуры, при которых во всех ускоряющих резонаторах , 9 и 12 возбуж 1246871дается рабочий - вид .колебаний, так7как щели связи 10 и 11 действуют избирательно, позволяя возбуждать каждый резонатор 12 от одного ввода ВЧ-мощности. В этом случае они ориентированы вдоль силовых линий азимутальной компоненты магнитного поля, возбуждаемого от одного ввода ВЧ-мощности, а для азимутальной компоненты магнитного поля, возбуждаемого другим вводом ВЧ-мощности, они ориентированы поперек силовых линий и н этом случае возбуждения ускоряющего резонатора 12 не происходит. Отверстия же связи 8, представляющие собой соединение данных щелей связи н одном месте, позволяют возбуждаться соседним ускоряющим резонаторам 7 и 9 при обеих ориентациях полей вида20 колебаний Е ,. возбуждающихся отпоразличных окон 6 ввода ВЧ-мощностиВ принципе связь между ускоряющими резонаторами 7 и 9 можно выполнить вместо одного крестообразного отверстия связи с помощью четырех щелей связи, расположенных вблизи боковой стенки резонаторов параллельно щелям, составляющим крестообразное отверстие связи 8, а щели связи 10 и 11 заменить, каждую - двумя щелями, параллельными им и находящимися вблизи боковой стенки. При этом для другой ориентации структуры поля нида колебаний Е ани будут находиться вообще11 Ов нуле поля, Для проводки пучков ускоряемых электронов в торцовых поверхностях каждого ускоряющего резонатора 7, 9, 12 сделано по четыре отверстия, находящихся в местах расположения двух пучнастей электричес 40 кого поля в данной ускоряющей ячейке и двухпучностей в соседних ускоряющих резонаторах, Геометрически отверстия располагают н местах пересечения двух ортогоняльных осей с окружностью45 диаметром й0,6 Л. Длины выходных плечей волнонаднаго моста 4 различаются в кратное Л число раз, что пазнсляет обеспечить йармальное Функционирование ВЧ-системы при сохранении разности Ьаз ВЧ-полей в соседних ускоряюц 1 их ячейках 7, 9 и 12, равной - , икроме того, в момент установления 55 значений ВЧ-палей н структуре отражения ВЧ-мащность поступает в площадную валнавадную нагрузку 5. Так как налнаводный мост 4 выполнен со связью па узкой стенке, та конструктивно выгодно одно нь;хаднае плечо ВЧ- моста 4 присоединить непосредственна к ускоряющему резонатору 7 через окна нваца мощности 6 н торцовой поверхности налнанада, другое зякаротить, а снязь с ускоряющим резонатором 7 осуществить через окно ввода мощности 6, расположенное н узкой боковой стенке налнонода. Причем центр окна ввода мощности 6 должечЛ 8 находиться на расстоянии в (2 п+1) от закаратк, чта позволяет обеспечить нормальную связь с ускаряюцпм резонаторам 7. В зависимости ат общего количества, ускоряющих резонаторов 7, 9 и 12 находится ориентировка н пространстве щелей связи О и 11 и окон ввода мощности б, чта обусловлено выполнением граничных условий на краях ВЧ-структуры для ее нормального возбуждения, Так большие аси симметрии окон ннадя мощности б и большие аси симметрии щелей связи 10 и 11, расположенные со стороны соответствующего выходного плеча ВЧ-маста 4, артоганальны - если М/2 четное числа, и параллельны - если М/2 нечетное числа, В данной системе, как н н прототипе, возрастает возможный темп ускорения электронан, так как в данном случае силовые линии ускоряющего электрического поля вида колебаний Е направлены1 Он резонаторе от одной торцовой стенки к другой, кяк и н прототипе на колебании вида Еа расстояние между стенками н обоих случаях одинакова, и ВЧ-пробой будет происходить при одном значении напряженности электрического паля. Таким образам, в предлагаемой структуре ускорению подвергаются четыре пучка электронов, Причем каждая пара из них ускоряется н одном наборе ускоряющих резонаторов 7, 9 и 12, а другая - н другом, резонаторы которых расположены один за другим через один, Хотя в данном случае назмажньп темп ускорения будет меньше н 2 раза, чем в структуре с.Е, видом колебаний из-за ускорения каждого гучка только в каждом втором ускоряю-, щем резонаторе, на тем не менее, ан будет более чем н 2 раза ньппе, чем в других бипериадических зямедляющих структурах. При этом из-зя отказа ат боковых резонаторов связи, чьи длнк 124687ции попеременно выполняют ускоряющие резонаторы 7,и 9, происходит уменьшение на ц 07: поперечного габарита ускоряющей системы. Использование для ускорения электронов высшего типа колебаний позволяет увеличить на 507 добротность ускоряющих резонаторов (выполняющих и роль резонаторов связи) по сравнению с прототипом, что в сочетании с одновременным ускорением 1 О сразу четырех пучков электронов, при котором упрощаются требования к радиальной динамике электронов и воз 1 6никает возможность проводки большеготока, позволяет существенно повыситьэффективность ВЧ-структуры - увеличить долю БЧ-мощности, отдаваемуюпучку. При этом конструкция ускоряющей системы упрощается: она состоитпрактически из однотипных резонаторов простой Формы. В такой конструкции к тому же существенно упрощаетсяпредварительная ВЧ-настройка, которая сводится к подгонке размеров ускоряющих резонаторов с помощью расточек на. токарном станке.1246871 оставитель Е ехред А.Крав мов Корректор С. Шекм ктор Т. Иванова Заказ 1475 5 роектная, 4 11 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул раж 802И Государственного делам изобретений Москва, Ж, Рау Подписноекомитета СССи открытийская наб , д