Резонансная система для ускорителя

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Н 9 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ЗОБРЕТЕНИЯ СА Д ВТОРСНОМ Р 8В.М. 3.С., Поттер. Усо стоячей волной еле ольши для научных исс.33-40,ЕЗОНАНСНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ УСКОРИ(54) ТЕЛЯ (57) ющим лей эл бретение отно темам для лин тся к ускоряных ускоритеяет увеличить ктроно иент с ньшить зв оэфф у резонаторами последних, Заетая вдоль оси взаимодействуя ским полем,уб 2 зи междабарит и е части нсной си ряющим э женн зона про емы и(56) Патент США У 40кл. 328-233, 1975.Нэпп Е.А., Нэпп Бкоряющие структуры сдля линейных ускоритэнергии. Сб. Приборьследований, 1968, 11фиг.3, 4, 7. ЯО 1378 О 92 А 1 преобразуют энергию. Внутренний про-. водник (П) 4 резонатора (Р) 2 связи 1,-образной формы выполнен сплошным, что позволяет уменьшить его. толщину. При этом зазоры между Л 4 и 5 могут быть выполнены малыми.У Например, на частоте 2450 МГц они равны 2 - 4 мм, т.к. в Р 2 возбуждаются сравнительно малые напряженности электрических полей между П 4 и 5. Высота собственно Р 2 становится меньше. В случае, когда один из соседних ускоряющих резонаторов имеет ф ую протяженность Дс 1, к середиподключен дополнительный коакй отрезок 14, внутренний иП 15 и 16 которого соединены с внутренним и внешним П 4 и 5 Р 2 связи, Противоположные концы П 15 и 16 образуют нагруэочную емкость. Использование предлагаемой резонансной системы позволяет величине коэффициента связи достичь 143. 1 з.п. ф-лы, фа 13 ил. СФЭ1378092 частичного разделения объема резонатора связи. В частном случае пластину 12 можно не устанавливать.Крестиками на фиг.5 обозначенонаправление магнитных силовых линийот нас, точками - к нам. У эакорачи-вающих проводящих пластин 11 на торцах направление магнитных силовыхлиний противоположное. В резонаторесвязи 1.-образной Формы (Фиг.6) из-заналичия сгиба проводников у проводящих пластин 11 направление магнитныхсиловых лИний одинаковое, что видноиз расположения крестиков и точек.Условие одинакового направления магнитных полей у окон 3, выполненныхв стенках смежных ускоряющих резонаторов, является необходимым для возбуждения в резонансной системе колебаний типа Г(72.Резонансная система для ускорителя (фиг.9) состоит из ускоряющих резонаторов 1, включающих в себя трубки 7 дрейфа с пролетным каналом, образованным отверстиями 8, окон 3, бокового резонатора 13 связи, которыйимеет Форму резонатора связи, предс-;тавленного на Фиг.1 и 2 и состоящегоиз внутреннего 4 и внешнего 5 проводников 1 -образной формы, пластины 12с подключенным к середине проводниковдополнительным коаксиальным отрезком14, состоящим иэ внешнего 15 и внутреннего 16 проводников, нагруэочнойемкости 17, сформированной торцовымипластинами этих проводников. Частьстенки ускоряющего резонатора 6 является одновременно частью стенки проводника 15,Крестиками и точками на фиг.10обозначено направление магнитных силовых линий. Сравнивая распределениямагнитных силовых линий на фиг.6 и10, видно, что у обеих закорачивающихпроводящих пластин 11 направление .магнитных силовых линий одинаковое.Условие одинакового направления магнитных силовых линий у окон 3 является необходимым для возбуждения в резонансной системе колебаний типа и/2.Максимальные значения токов(фиг.11) возбуждаются у закорачивающих пластин 11 и имеют одинаковуюФазу, величина амплитуды тока спадаетпо закону, близкому к косинусоидальному. После стыковки коаксиальных отрезков эпюра тока представлена в виде одной линии. Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к ускоряющим системам для линейных ускорителейэлектронов,5Цель изобретения - увеличение коэффициента связи между резонаторами,уменьшение резонаторов резонанснойсистемы.На Фиг.1 изображен разрез А-А на 10фиг.7 (резонансная система для уско-.рителя); на фиг.2 - разрез Б-Б наФиг.1 (коаксиальные резонаторы 1. -образной формы с прямоугольной формойпроводников; на фиг.3 - разрез В-В 15на фиг.1; на фиг.4 - предлагаемый резонатор связи Е-образной формы соскругленной формой проводников; нафиг.5 - конструктивная схема полуволнового коаксиального резонатора с 20распределением магнитных полей; наФиг.6 - резонатор свяэи Е-образнойФормы; на фиг.7 - разрез Г-Г на фиг.1(резонансная система для ускорителя 1./1на Фиг, 8 - разрез Д-Д на фиг.1; на 25Фиг.9 - резонансная система для ускорителя; на.фиг.10 - сечение Е-Е нафиг.9; на фиг.11 - эпюра распределе-ния тока вдоль оси резонатора связи;на фиг,12 и 13 часть резонансной сис- ЗОтемы для ускорителя;Резонансная система для ускорите-.ля (фиг.1) состоит иэ ускоряющих резонаторов 1, боковых резонаторов 2свяэир ОкОн 3 межДУ ускоряющими Резонаторами и коаксиальными резонаторами связи, каждый иэ резонаторовсвязи содержит внутренний 4 и внешний 5 проводники, причем частью стерки внешнего проводника РезонатоРа 40связи является часть стенки ускоряющего резонатора 6, внешний и внутренний проводники выполнены Ь-образнойформы и на обоих торцах между собойпроводники закорочены проводящимипластинами (фиг.2), около которыхрасполагаются окна 3 между смежнымирезонаторами, Ускоряющие резонаторыснабжены трубками 7 дрейфа и отверстиями 8 для пролета заряженных частиц, высокочастотная энергия в резонансную систему подается через ввод9 и щель 10 в стенке ускоряющего резонатора.На фиг.2 и 3 обозначены внешний5 и внутренний 4 проводники, закора, чивающие проводящие пластины 11,Пластина 12 является частью внешне.го проводника и предназначена дляПо конструкции и распределению тока резонаторы связи, представленные на фиг.б и 10, различны, Резонатор, изображенный на фиг,б, представляет5 собой коаксиальный резонатор с электрической длиной близкой к У, в котором амплитуда тока имеет:максимальное значение у закорачивающих проводящих пластин, а минимальную амплитуду - в районе середины резонатора вдоль осевой линии, Резонатор связи, представленный на фиг,10, выполнен в виде разветвленной коаксиальной линии, два ответвления, которой объединяются и к ним подключается дополнительный коаксиальный отрезок 14. Максимальные значения амплитуд токов - у закорачивающих пластин, минимальное - у нагрузочной емкости (фиг.11). Резонаторы связи, представленные на фиг.10, целесообразно устанавливать на резонаторах с фазовой протяженностью меньше единицы, т.е. на резонаторах, предназначенных для группировки заряженных.частиц, так как эти резонаторы имеют меньшие продольные размеры, чем резонаторы с фазовой протяженностью, равной единице. Резонатор связи, представленный,на фиг.10, имеет мень шие продольные размеры, чем резонатор связи, представленный на фиг.2, так как подключен коаксиальный отрезок с нагрузочной емкостью.На фиг.12 представленачасть резо 35 нансной системы для ускорителя с резонаторами 2 связи, представленными на фиг.2, и расположенными поочередно сверху и снизу, На фиг.12 обозначены ускоряющие резонаторы 1 и окна 3 между резонаторами связи и ускоряющими резонаторами, Более длинные отрезки резонаторов связи направлены в противоположные стороны.На фиг.13 представлена часть резо нансной системы для ускорителя, которая содержит ускоряющие резонаторы 1 с фазовой скоростью =1; резонаторы 2 связи, представленные на фиг.2 окна 3; резонатор 13 связи, представ-ленный на фиг.10; резонатор группирователя 18 с фазовой скоростью р с 1, Более длинные отрезки резонаторов 2 связи направлены в одну сторону в отличие от фиг,12).Резонансная система для ускорителя работает следующим образом.Через ввод 9 высокочастотной (ВЧ 1 мощности в систему подается ВЧ-энергия и между трубками дрейфа возбуждается ускоряющее электрическое поле. Заряженные частицы, пролетаявдоль оси резонансной системы, взаимодействуют с электрическими полямии приобретают энергию.Резонансная система работает натипе колебаний 0/2, в смежных ускоряющих резонаторах в заданный моментвремени электрические поля находятсяв противофазе, что может быть достигнуто, если силовые линии магнитныхполей у окон 3 в резонаторе связиимеют одинаковые направления. Модаколебаний в коакснальных отрезках резонатора связи - тем. В предлагаемойконструкции резонатора связи резонансной системы последнее условие выполнено, что и показано на фиг.б,В случае, когда один из соседнихускоряющих резонаторов имеет фазовуюпротяженность р(1, использчотся резонаторы связи, представленные . нафиг.10. Тип колебайий в системе стаким резонатором связи так же Й/2,так как у окон в резонаторе связимагнитные силовые линии имеют одинаковое направление, следовательно, выполнено условие для возбуждения этого типа колебаннй. Расчет предлагаемой резонансной системы для ускорителя может быть проведен по известнойметодике работы.По эффективному шунтовому сопро-:тивлению предлагаемая резонанснаясистема и резонансная система-прототип практически равнозначны, так какэтот радиотехнический параметр резонансной системы определяется значениями шунтового сопротивления и коэффициента пролетного времени ускоряющихрезонаторов в отдельности, которые всравниваемых резонансных системахпрактически одинаковые, В плане подстройки резонансной системы послепайки возможности предлагаемой системы и системы-прототипа также практически одинаковые, так как в предлагаемой системе эта подстройка можетбыть осуществлена путем прогиба стенки внешнего проводника резонаторасвязи,Однако по высоте предлагаемый резонатор связи меньше, чем резонаторсвязи Н-образной формы в системе-прототипе, что достигается за счет уменьшения толщины внутреннего проводника,которая ограничивается механической1378092 его прочностью, и зазоров между проводниками, которые ограничены электрической прочностью. Но эти зазоры могут быть выполнены малыми, например на частоте колебаний 2450 МГц они равны 2-4 мм, так как в резонаторах связи возбуждаются сравнительно малые напряженности электрических полей между проводниками и могут достигать всего нескольких кВ/см. Уменьшение толщины внутреннего проводника в резонаторе связи системы-прототипа наоборот приводит к увеличению диаметра резонатора связи.Конструктивно щель связи может быть выполнена с азимутальной протяженностью, близкой к 90 , С большей азимутальной протяженностью проводники выполнить затруднительно, ввиду того, что они имеют 1 -образную формуи электрическая длина резонатора связи близка к й, Ограничение азимутальной протяженности щели вызывается и другими причинами: требованием к однородности ускоряющего электрического поля между трубками дрейфа, так как щели искажают электрические поля в зазоре, и.возбуждением паразитных. типов колебаний в области щели, которые отбирают часть энергии из резонатора и т,д.В предлагаемой резонансной системе коэффициент связи может быть достигнут порядка 147. Коэффициент связи врезонансной системе-прототипедостигает (5-7 Е). Более высокий коэффициент связи в предлагаемой системе позволяет снизить требования кизготовлению и, следовательно, снизить стоимость изготовления резонан-сной системы в сравнении со стоимостью системы-прототипа.10Формула изобретения 1. Резонансная система для ускорителя, выпблненная в виде ускоряющих 15 резонаторов и боковых резонаторовсвязи, содержащих коаксиальные внешний и внутренний проводники, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения коэффициента связи между 20 резонаторами и сокращения поперечныхразмеров, внутренний проводник резонатора связи выполнен сплошным, а резонатор связи выполнен Е-образным.2. Резонансная система по п.1, 25 о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью уменьшения продольных размеров резонатора связи, к середине последнего подключен коаксиальный отрезок, внутренний и внешний проводники кото рого одним концом подключены соот-ветственно к коаксиальным внутреннему и внешнему проводникам резонатора связи, а противоположные концы коаксиального отрезка образуют нагрузочную емкость.41378092 Составитель И. Зацепинаова Техред Л.Сердюкова Корректор С,Редактор Т. Па Зака ное оектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие горо 4/58 Тираж ВНИИПИ Государственпо делам изобрете 113035, Москва, Ж833 Подпиого комитета СССРий и открытийРаушская наб., д.4/5