Устройство для модуляции сильноточного электронного пучка

 

УСТРОЙСГВО ДЛЯ МОДУЛЯЦИИ СИЛЬНОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА, содержащее последовательно и соосно установленные вдоль оси устройства катушки магнитной системы с вакуум;ной камерой внутри них, в которой последовательно расположены катод, анод лайнер, коллектор, отличающееся тем, что, с целью уменьшения частоты модуляции, лайнер выполнен из двух последовательно расположенных частей, одна часть лайнера соединена с анодом непосредственно, а вторая - через короткий соленоид, соосный катушкам магнитной системы, в котором установ лена диафрагма, имеющая электрический контакт с соединенной с анодом частью лайнера, а в месте расположения короткого соленоида расстояние между катушками магнитной системы больше, чем на остальной длине kn устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) Н 05 Н 7 13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3517774/18-21 (22) 03. 1 2 ..82 (46) 30.04.85. Бюл. 9 16 (72) Ф.И.Корелов и А.М.Маркеев (53) 537.534.3(088.8) (56) 1. Клеен В. Введение в электронику СВЧ.. М. Сов.радио", 1963, с. 52.

2. Доля С.Н. и др. Группирование трубчатого пучка коаксиальным резонатором. Препринт, РУ-81-71, ОИЯИ, Дубна, 1981. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДУЛЯЦИИ

СИЛЬНОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА, содержащее последовательно и соосно установленные вдоль оси устройства катушки магнитной системы с вакуум„„SU„„1109033 А

;ной камерой внутри них, в которой последовательно расположены катод, анод, лайнер, коллектор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения частоты модуляции, лайнер выполнен из двух последовательно расположенных частей, одна часть лайнера соединена с анодом непосредственно, а вторая — через короткий соленоид, соосный катушкам магнитной системы, в котором установ лена диафрагма, имеющая электрический контакт с соединенной с анодом частью лайнера, а в месте расположения короткого соленоида расстояние между катушками магнитной системы больше, чем на остальной длине устройства.

1109033

Изобретение относится к ускори тельной технике и может быть ис пользовано для ускорения ионов волнами плотности заряда, возникающими при пропускании модулированного 5 электронного потока через пространст венно-периодические структуры, а также для генерации мощных ВЧ-электромагнитных волн.

Известно устройство для модуляции 10 . электронного пучка с помощью сетки, через которую проходит поток электронов и на которую подается модулирующее напряжение (1) .

Это устройство оказывается непри- 15 годным для модуляции сильноточных электронных пучков (СЭП) в связи с тем, что пучок разрушает сетку, а выходное напряжение ВЧ генератора

" должно быть соизмеримо с напряжени- 20 ем, подаваемым на катод электронного диода (при выходном напряжении ВЧ генератора порядка 1 NB мощность этого генератора должна быть порядка 1 ГВт, что технически не реализуемо).

Наиболее близким по технической сущности является устройство для модуляции СЭП с помощью цепочки четвертьволновых коаксиальных резонаторов, через которые проходит инжектируемый электронным инжектором пучок.

Корпуса резонаторов образуют лайнер, помещенный в вакуумную систему, снаружи которой установлены фокусирующие катушки (2 . Модуляция пучка осуществляется высокочастотным полем резонатора, который возбуждается проходящим электронньм пучком. Это устройство эффективно применяется при 4О частотах модуляции свыше 500 МГц. Это связано с тем, что применяемые резонаторы имеют линейные размеры, соизмеримые с длиной волны ф (при

500 МГц Ф = 0,6 м). Для уменьшения 4S частоты модуляции необходимо увеличивать длину модулирующей секции до величины порядка нескольких метров, что в свою очередь, приводит к резкому снижению эффективности модуляции.

Таким образом, недостатком устройства является невозможность модуляции в диапазоне 1 1- l00 МГц, который является наиболее пригодным для ускорения ионов с энеРгией инжекции

1 -500 кэВ.

Целью изобретения является умень- . шение частоты модуляции электронного пучка.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для модуля ции сильноточного электронного пучка, содержащем последовательно и соосно установленные вдоль оси устройства катушки магнитной системы с вакуумной камерой внутри них, в которой пос. ледовательно расположены катод, анод, лайнер, коллектор, лайнер выполнен из двух последовательно расположенных частей, одна часть лайнера соединена с анодом непосредственно, а вторая— через короткий соленоид, соосный катушкам магнитной системы, в котором установлена диафрагма, имеющая электрический контакт с соединенной с -анодом частью лайнера, а в месте расположения короткого соленоида расстояние между катушками магнитной системы больше, чем на остальной длине устройства.

На чертеже изображена схема устрой ства, с помощью которого может быть реализована модуляция сильноточного электронного пучка.

В вакуумную камеру 1, поверх которой расположены катушки магнитной системы 2, помещен металлический лайнер, состоящий из двух частей 3 и 4, изолированных друг от друга. Первая часть 3 лайнера непосредственно соединена с анодом 5, а вторая часть 4 лайнера электрически соединена с анодом 5 через короткий соленоид 6.

Диафрагма 7, расположенная в центре короткого соленоида 6 имеет электрический контакт с частью 3 лайнера.

Катод 8 служит для инжекции пучка электронов, На схеме также изображен коллектор 9.

Устройство работает следующим образом.

При попадании, например, трубчато го электронного пучка на коллектор 9 в соленоиде 6 начинает протекать ток, создающий продольное магнитное поле, направленное противоположно внешнему удерживающему магнитному полю магнитной системы 2. В месте расположения соленоида 6 величина внешнего удерживающего поля выбрана меньшей, но достаточной для удержания пучка и прохождения его через диафрагму 7. Так как магнитное поле соленоида 6 направлено противоположно удерживающему полю, суммарная величина маГнитного поля, воздействунищего на пучок уменьшается. При

1109033 этом радиус пучка согласно закону сохранения магнитного потока (6 =

= const) увеличивается. Если в центре соленоида поместить диафрагму 7, то при некотором значении тока в 5 соленоиде б пучок высадится на диафрагму 7 и ток соленоида начнет уменьшаться. При уменьшении тока до некоторого значения пучок вновь уменьшит свои размеры и попадет на 10 коллектор 9. В дальнейшем процесс будет повторяться.

Эквивалентную схему этой системы можно представить в виде последовательного соединения источника напря- 15 жения, импеданса диода и параллельно соединенных индуктивности соленоида L и емкости. между изолированными частями лайнера С . Соответствующим подбором L, C, параметров пуч- 20 ка, лайнера и внешнего магнитного поля можно обеспечить в той системе автоколебательный процесс на резонансной частоте системы.

В качестве примера рассмотрим 25 трубчатый пучок со следующими параметрами: внешний радиус пучка г;

1,8 см, внутренний радиус г„ =

1 5 см, ток пучка I = б кА. Радиус диафрагмы г = 2 см. Величина внешне- щ го магнитного поля в месте расположения соленоида 80. = 4 кГс. Соленоид имеет диаметр О = 5 см, длину 8

= 10 см и число витков Н = 3.

Расчеты показь»вают, что с помощью такого соленоида можно создать магнит ное поле В = .1,7 кГс {при 1=5,й кА), которое достаточно для того, чтобы весь пучок высадился на диафрагму.

Индуктивность соленоида при этом 4 составляет величину 1,, = 2,7 10 Гн.

Для того, чтобы в системе существовал колебательный процесс, необходимо иметь С > L /4 1, где»» — импеданс диода (100 Ом). Выбирая напри- ер, С = 400 пф, можно осуществ»»ть системе колебательньп» процесс с частотой f o - 15 МГц.

Таким образом, соответствующим .подбором L и С можно реализовать модуляцию СЭП в диапазоне частот

1 — 100 МГц, который является наиболее подходящим для ускорения ионов с энергией инжекции Е; = 10500 кэВ (при f = 500 МГц требуется энергия инжекции с, " 20 МэВ) .

Группировка происходит под действием высокочастотного поля коаксиального резонатора, возбуждаемого внешним генератором. Осуществлена модуляция пучка с током 10 А, энергией

10 кэВ и частотой 519,5 МГц. При увеличении тока до 100 А эффективность модуляции падает до 3 10 . С помощью этого способа невозможно осуществить модуляцию пучка с током более 5 кА при энергии 0,5 МэВ, и с частотой менее 50 МГц, поэтому применять этот. способ для коллективных методов ускорения ионов в сильноточных пучках практически невозможно.

Таким образом, по сравнению с базовым объектом предлагаемое устройство позволяет осуществить модуляцию сильноточных пучков с током более

5 кА и энергией более 100 кэВ. Модуляция сильноточного пучка с помощью такого устройства дает возможность создания ускорителей ионов волнами плотности заряда, возникающими при пропускании через периодические структуры с энергией инжекции ионов — 10-50 кэВ.

1109033

Составитель

Техред Т.фанта КорректорЕ.Рошко

Редактор E.Íåôåäîâà

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Закаэ 2813/2 Тираж 794 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Устройство для модуляции сильноточного электронного пучка Устройство для модуляции сильноточного электронного пучка Устройство для модуляции сильноточного электронного пучка Устройство для модуляции сильноточного электронного пучка 

 

Похожие патенты:

Модулятор // 814263
Изобретение относится к области ускорительной техники и динамической масс-спектрометрии и может быть использовано, в частности, в магнитных резонансных масс-спектрометрах

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов с выведенным электронным пучком, например, для целей лучевой терапии

Изобретение относится к физике и технике ускорителей, модуляции электронных пучков и может быть использовано для генерации периодической последовательности коротких импульсов электромагнитного излучения, создания лазеров на свободных электронах (ЛСЭ)

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для генерации высокочастотного электромагнитного излучения и исследования коллективных ме8СЕШ : ; н ;: , ЕЙТ -- - 1:-: bHbJh iD t., V.A ШЕЙТ -- - 1:-:-; Я тодов ускорения заряженных частиц

Изобретение относится к рекуперации энергии ионных пучков, а более конкретно к устройству электростатических рекуператоров, и может быть использовано в рекуператорах энергии пучков различного назначения, в частности при рекуперации энергии пучков ионов в электромагнитных сепараторах изотопов

Устройство относится к области ускорителей заряженных частиц, а точнее сильноточным импульсным ускорителям электронов прямого действия с индуктивным промежуточным накопителем энергии. Устройство содержит индуктивный накопитель энергии, выход которого соединен с входными электродами электровзрывного прерывателя тока, обостряющего газонаполненного разрядника и жидкостнонаполненного срезающего разрядника с изменяемым зазором, при этом вторые электроды электровзрывного прерывателя тока и срезающего разрядника заземлены. В тоководе второго электрода обостряющего газонаполненного разрядника, проходящем через проходной изолятор, установлен бескорпусный разделительный разрядник с тороидальными электродами и изменяемым зазором, выходной электрод которого совмещен с катодом вакуумного диода. Время срабатывания срезающего разрядника регулируется и больше суммарного времени срабатывания обостряющего, разделительного разрядников и вакуумного диода, а напряжение срабатывания разделительного разрядника регулируется и ниже напряжения срабатывания вакуумного диода. Технический результат - расширение диапазона формирования длительности выходного импульса электронного или тормозного излучения, повышение воспроизводимости амплитудно-временных характеристик выходных импульсов излучения ускорителя, рабочего ресурса проходного изолятора и катода вакуумного диода. 3 ил.

Устройство для модуляции сильноточного электронного пучка

Наверх