Линейный индукционный ускоритель
1 . ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ,, содержащий импульсный источник питания, коммутаторы и полосковую двойную формирующую линию ДФЛ, содержащую четыре или кратное четырем число обкладок с изоляцией между ними, свернутых в спираль Архимеда, отличающийся тем, что, с целью повышения запасаемой энергии и надежности ускорителя, все обкладки полосковой ДФП выполнены равной ширины , а на боковую поверхность каждой из них нанесен слой материа.ла с малой проводимостью, ширина которого в 2,5-4,0 раза больше толщины изоляции между соседними обкладками. 2. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала с малой проводимостью использован материал на основе эпоксид (Л ных компаундов.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
РЕСПУБЛИК (ц 4 Н 05 Н 11/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
Ж р, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 1:.
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ «" (21) 3734619/24-21 (22) 29.04.84 (46) 30.12.86. Бюл. к- 48 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.M. Кирова (72) В.В. Васильев, Г.Г. Канаев, Е.И. Луконин, В.В. Пацевич и Э.Г.Фурман (53) 621.384.6(088.8) (56) Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М.: Сов.радио, 1974, с. 256.
Авторское свидетельство СССР
Ф 519072, кл. H 05 Н 11/00, 1974. (54)(57) 1. ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ
УСКОРИТЕЛЬ,. содержащий импульсный источник питания, коммутаторы и полоско„,SU„„1187698 А вую двойную формирующую линию ДФЛ, содержащую четыре или кратное четырем число обкладок с изоляцией между ними, свернутых в спираль Архимеда, отличающийся тем, что, с целью повышения запасаемой энергии и надежности ускорителя, все обкладки полосковой ДФП выполнены равной ширины, а на боковую поверхность каждой из них нанесен слой материала с малой проводимостью, ширина которого в 2,5-4,0 раза больше толщины изоляции между соседними обкладками.
2. Ускоритель по п.1, о т л и— ч а ю.шийся тем, что в качестве материала с малой проводимостью ис- 9 пользован материал на основе эпоксидных компаундов.
1187698
Изобретение относится к наносекундной импульсной технике и предназначено для генерации мощных импульсов наносекундной длительности на низкоимпедансных нагрузках линейных индук-5 ционнь1х ускорителях.
Целью изобретения является повышение запасаемой энергии и надежности устройства, что позволяет решить проблему снижения влияния краевого эффек«10 та в полосковых двойных формирующих линиях (ДФЛ) и тем самым обеспечить повышение рабочей напряженности электрического поля в основной изоляции, увеличение величины запасаемой энергии в полосковьм ДФЛ, что увеличивает величину запасаемой энергии, а также повышение надежности ускорителя.
На фиг. 1 показана полосковая ДФЛ
20 в случае возбуждения индукционной сис. темы предлагаемого ускорителя; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез; на фиг. 3 — схема замещения полосковой
ДФЛ и схема подключения ее к источнику питания; на фиг. 4 . — слабопроводящие слои; на фиг. 5 — схема замещения слоя; на фиг. 6 — эпюры напряжен1ностей электрического поля вдоль обкладки (ось Х) и в изоляции (ось Х,)," на фиг.7 — эпюры напряженностей элек
1 трического поля от времени.
Ускоритель содержит обкладки 1,2, 3,4 и 1, 2, 3, 4 полосковой ДФЛ, причем обкладки 1 и 3 подключены к виткам 5 намагничивания ферромагнитных сердечников 6, помещенных в корпус 7 ускорителя, коммутатор 8, к аноду которого подключены обкладки . 2,4, 2,4, нагрузку 9 (электронный пучок), индуктивность 10, коммутирующий прибор 11, источник 12 напряжения, слабопроводящие слои 13, резисторы 14 и конденсаторы 15 и 16 схемы замещения.
На фиг ° 6 изображены эпюра 17 напряженности электрического поля вдоль обкладки при отсутствии слабопроводящего слоя по оси Х, эпюра 18 напряженности электрического поля вдоль оси Х при отсутствии слабо50
1 проводящего слоя, эпюра 19 напряженности электрического поля вдоль оси
Х при наличии слабопроводящего слоя и за конечное время заряда; а на фиг. 7 — эпюра 20 напряжения на обкладках ДФЛ при заряде линии, эпюра
21 напряжения на конденсаторе 16, ближайшем к краю электродов, схемы замещения, эпюра 22 напряжения на конденсаторе 16 на краю слабопроводящего слоя на расстоянии Kd от края электродов.
Эпюры 19-22 приведены для случая, когда осуществляется резонансная зарядка формирующей линии за время t, после чего она разряжается на нагрузку за время двойного пробега волны вдоль линии.
Ускоритель работает следующим образом.
При включении коммутирующего устройства начинается заряд полосковой
ДФЛ от источника 12 напряжения через индуктивность 10 по закону (t) - (1 созе ) (1)
U где Б (t) — напряжение на формирую< щей линии с суммарной емкостью С
Б — максимальное напряжение на линии (для случая равенства нулю активных сопротивлений в цепи заряда напряжение источника 12 равно П /2; сд — круговая частота, равная 1 КС
1 где L — - величина индуктивности 10 в цепи заряда полосковой ДФЛ.
При достижении напряжения на полосковой ДФЛ П включаются коммутатор
8 и закорачивают обкладки 2, 4 и 1 и линия работает как обычная двойная формирующая линия, при этом перемагничиваются ферромагнитные сердечники
6 и на нагрузке 9 индуцируется суммарное напряжение перемагничивания
I всех сердечников. Вместо витков намагничивания могут быть подключены к обкладкам 1 и 3 различные нагрузки, например электроды газоразрядной камеры и т.д, При заряде формирующей линии и отсутствии слабопроводящего слоя на краях обкладок ДФЛ из-за краевого эффекта возникает повышенная напряженность электрического поля, величина которой Е значительно превосходит среднее значение Eo = U /d d— расстояние между обкладками. Отнош ение
Е f2d — — для случая с 0 1d (2)
Е ХЬ
Э Ф, о
11876 где Ь вЂ” толщина обкладки. Распределение напряженности электрического поля при отсутствии слабопроводящего слоя показано эпюрами 17 и 18.
Электрическое поле обкладок прони- 5 кает на глубину примерно Тй от края обкладок и на расстоянии >)Td стремится к нулю.
Для снижения максимальной напряженности электрического поля на краю обкладок предложено каждую обкладку полосковой ДФЛ снабдить слабопроводящим слоем шириной примерно в 1(раз больше толщины изоляции, причем объемное сопротивление слоя должно удов- 15 летворять условию
E. c / Та с» 2Пас а
50E При заряде формирующей линии одновременно с собственной емкостью линии между обкладками 1-4 заряжаются конденсаторы 16, образованные слабопро-. водящими слоями. Но заряд их происходит через материал слоя 13, обладающий объемным сопротивлением. По длине слоя, а в основном на участке слоя ЗО прилегающем к обкладке, возникает падение напряжения, которое и уменьшает максимальную напряженность электрического поля у края обкладки. При зарядке ДФЛ постоянным напря- 35 жением после заряда емкости, образованной слабопроводящими слрями, максимальная напряженность электрического поля будет у края слоя, и, если его геометрия соответствует гео- 40 метрии края обкладки, то там также будет Е . При зарядке формирующей линии конденсатор 16, образованный слабопроводящими покрытиями, заряжается, а при формировании рабочего импульса 45 наносекундного диапазона энергии из этой емкости практически не передается в нагрузку, поэтому ширину слоя )следует выбирать как можно меньше и наиболее оптимальной является ширина 5р 98 4 I ðàBHàÿ глубине проникновения электоического поля за край обкладки,т.е. JLd. В то же время уменьшение ширины слоя будет приводить к повышению напряженности электрического поля на краю слабопроводящего слоя. С целью уменьшения потерь в материале слоя следует стремиться к уменьшению ширины слабопроводящего покрытия, но при этом необходимо также уменьшать и время заряда полосковой ДФЛ. При времени заряда полосковой ДФЛ, сравнимой с временем формируемого импульса, ширина слабопроводящего слоя должна удовлетворять условию с = Дйа = ted / —" 2E„ Е (4) В этом случае на краю слабопроводящего слоя напряженность электрического поля будет равной, примерно средней между обкладками и в дальнейшем начнет увеличиваться. Интервал ширины слабопроводящего слоя (2,5-4)d является наиболее технологически при-. емлемым для изготовления формирующей „ линии и в то же время обеспечивает использование стандартных источников напряжений без применения специальных обостряющих цепей типа генератора Аркадьева-Маркса и т,п. Как следует из принципа работы слабопроводящего слоя полосковой ДФЛ, для рассматриваемой схемы замещения наиболее неблагоприятные условия работы имеют резисторы 14, прилегающие к краю обкладок ДФЛ. Поэтому целесообразно, чтобы материал слабопроводящего слоя имел обратно пропорциональную зависимость объемного .сопротивления от величины напряженности электрического поля, а также с ростом температуры уменьшал свое объемное сопротивление. Такими свойствами обладают полимерные соединения на основе эпоксидных компаундов. В этом случае.будут улучшаться условия работы материала слоя, прилегающего к обкладкам,и эффективнее нагружаться отдаленные участки слоя. 1 187698 1187б98 Eî авиа 7 Техред Л.Сердюкова Редактор С. Титова Корректор А. Обручар Заказ 7142/4 Тираж 765 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное а Производственно-полиграфическое предприятие, r ° Ужгород, ул. Проектная, 4
