Устройство для модуляции электронного пучка
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано , например, для генерации СВЧ- излучения. Цель изобретения - упрощение конструк1 1и, уменьшение зависимости эффективности его работы от температурного режима и увеличение тока модулированного пучка. С увеличением тока электронного пучка (ЭП) часть ЭП начинает отражаться от полости виртуального катода (К) 4 в сторону резонатора (Р) 2. В Р 2 индуцируется направленное от оси тормозящее напряжение, которое через половину периода собственных колебаний Р 2 изменит знак и превратится в ускоряющее . Тормозящее поле в Р 2 увеличивает долю электронов, отраженных от К 4. Расстояние 1 между.. Р2 и К 4 выбрано из условия n+1/2 21f/v n+1, где п - любое целое число, f - собственная частота Р 2, v - средняя скорость ЭП в трубке дрейфа 1. Поэтому к моменту возвращения отраженных от К 4 электронов полярность напряжения в Р 2 сменится на обратную, что приведет к дополнительному отражению отраженных электронов и их отражению к К 4. В устройстве предусматривается возможность размещения в К 4 регули- )ующего электрода. Это приводит к изменению положения точки поворота отраженных от К 4 электронов и, следовательно , времени на движение к Р 2 и частоты модуляции тока ЭП« 1 з.п. ф-лы. 2 ил. с (Л J-L.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPGKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Щон
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4036226/24-21 (22) 10.03.86 (46) 30.12.87. Бюл. № 48 (72) Ю.Л. Бакшаев и П.И, Блинов (53) 621.385.6.621.384.6(088.8) (56) Schoenbach К.Н.,Schaefer I.
Kristiansen N. КготрЬо1я Н., Har j es Н.С., Skaggs D. An electron beam
controlled diffuse discharge switch.—
J, Appl. Phys, 1985, vol. 57, ¹ 2, р. 1618-1622.
Friedman M., Serlin V., Drobot А.
Seftor L. Selfmodulation of an intense relativistic electron beam.—
J.Appl.Phys ° 1984, vol. 56, № 9 р.2459-2474. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДУЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА (57) Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано, например, для генерации СВЧизлучения. Цель изобретения — упрощение конструкции, уменьшение зависимости эффективности его работы от температурного режима и увеличение тока модулированного пучка. С увели 1) 4 Н 01 ) 23/16, Н 05 Н 7 00 чением тока электронного пучка (ЭП) часть ЭП начинает отражаться от полости виртуального катода (К) 4 в сторону резонатора (Р) 2. В Р 2 индуцируется направленное от оси тормозящее напряжение, которое через половину периода собственных колебаний
Р 2 изменит знак и превратится в ускоряющее. Тормозящее поле в P 2 увеличивает долю электронов, отраженных от К 4. Расстояние 1 между Р2 и К 4 выбрано из условия и+1/2<21f/ч(п+1, где n — любое целое число, f — собственная частота P v — средняя .скорость ЭП в трубке дрейфа 1. Поэтому к моменту возвращения отраженных от
К 4 электронов полярность напряжения в P 2 сменится на обратную, что приведет к дополнительному отражению отраженных электронов и их отражению к К 4. В устройстве предусматривается возможность размещения в К 4 регули))ующего электрода. Это приводит к изменению положения точки поворота отраженных от К 4 электронов и, следовательно, времени на движение к P 2 и частоты модуляции тока ЭП. 1 s.n. ф-лы. 2 ил.
1363324
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано дпя генерации СВЧ-излучения и коллективного ускорения частиц.
Целью изобретения является упрощение конструкции устройства и уменьшение зависимости эффективности его работы от температурного режима и увеличения тока модулированного пучкае
Указанная цель достигается за счет создания виртуального катода в пространстве дрейфа за модулирующим резонатором. 1Г
На фиг.1 представлена схема устройства для модуляции электронного пучка; на фиг.2 — схема устройства, имеющего возможность электрического регулирования частоты модуляции. 20
Устройство (фиг. 1) содержит трубку
1 дрейфа, резонатор 2 и окружающий их соленоид 3. В трубке дрейфа выполнена полость 4 для образования виртуального катода. Полость 4 для образо- 25 вания виртуального катода может быть расположена и впереди резонатора.
Расстояние 1 между резонатором и полостью для образования виртуального катода удовлетворяет условию 30
1 21 и + -(— f(n+1
2 где К вЂ” собственная частота резонатоо ра; 35
v — средняя скорость электронов пучка;
n — любое целое положительное число, включая нуль;
1 - расстояние между полостью и резонатором.
На фиг.2 представлено устройство для модуляции электронного пучка, в которое для воэможности электрического регулирования частоты модуляции 45 дополнительно установлен в полость виртуального катода 4 регулирующий электрод 5, соединенный с трубкой дрейфа через дополнительный источник
6 напряжения. 50
Устройство работает следующим образом.
C увеличением тока электронного пучка после включения устройства часть электронов пучка, равная разности тока инжекции и предельного тока для полости, начинает отражаться от полости 4 в сторону резонатора 2.
В резонаторе 2 при прохождении через, него переднего фронта электронного пучка индуцируется направленное по оси тормозящее напряжение, которое через половину периода собственных колебаний резонатора изменяет знак и превращается в ускоряющее. Тормозящее поле в резонаторе 2 приводит к увеличению доли электронов, отраженных затем от полости 4. Так как расстояние 1 между резонатором и полостью 4 выбрано из условия
1 21
n+ -(— Е(п+1
2 v т то к моменту возвращения отраженных от полости 4 электронов полярность напряжения в резонаторе 2 изменяется на обратную. Это ведет к дополнительному торможению отраженных электронов и их отражению в сторону полости
4, при этом энергия продольного движения электронов, осциллирующих между резонатором 2 и полостью 4, расходуется на подцержание электрических колебаний в резонаторе. В итоге в резонаторе 2 раскачиваются. все более интенсивные электромагнитные колебания, в полости 4 возникает осциллирующий виртуальный катод, тормозящий электроны, а ток проходящего через полость 4 электронного пучка модулируется.
Устройство, представленное на . фиг.2 работает аналогично, но с тем отличием, .что регулирование знака и величины напряжения на регулирующем электроде 5 путем изменения знака и величины напряжения, создаваемого дополнительным источником 6 напряжения, приводит к изменению величины провисания потенциала в полости
4. Это приводит к изменению положения точки поворота отраженных от виртуального катода электронов и, следовательно, времени их движения к резонатору 2 и частоты модуляции тока пучка.
Инжекция электронного пучка в трубку 1 дрейфа приводит к понижению (провисанию) потенциала на оси устройства, создаваемое соленоидом 3 продольное магнитное поле препятствует выпадению электронов пучка на стенки устройст6Ъ, главным образом трубки 1 дрейфа. Провисание потенциала приводит к торможению электронов пучка. Во избежание полной остановки электронов и появления неконт13б3324
Длину L полости для образования виртуального катода выбирают из условия для сплошного пучка
30 ролируемой неустойчивости в пучке радиус трубки дрейфа выбирают таким чтобы ток 1 I пучка не превосхо и Н1К дил предельный ток для трубки 1 дрейфа, определяемый выражением кР (2/9 )ъп /,( где р — релятивистский фактор инжектируемых электронов;
У = 1 + U/0,511 где У вЂ” напряжение инжекции, МВ.
Множитель F(R р/1 ) зависит от отношения радиуса трубы дрейфа R, к радиусу пучка r О, а также От формы пучка.
Для трубчатого пучка F=2 ln R /r
T P цля сплошного
F = 2 ln --- +1.
1 р
20 гВ кр
Из условия I н„,„ I где I „„ ток, инжектируемого электронного пучка находится значение радиуса трубки
1 дрейфа: для трубчатого пучка 25
1р(8 ехр (8,5(у — 1) /I«„7
R„(1, (2 R
При L)2 Rn ïðåäåëüíûé ток не зависит от длины полости, поэтому дальнейшее увеличение длины полости нецелесообразно, так как приводит к неоправданному увеличению размеров устройства, При L(R„ наблюдается резкое увеличение предельного тока с укорочением длины полости, что приводит к исчезновению эффекта образования виртуального катода.
Пример. Радиус трубки дрейфа
2,7 см, радиус полости для образования виртуального катода 4,2 см, расстояние между резонатором и полосч .ью
8 см или 24 см, собственная частота резонатора 900 МГц, напряженность магнитного поля соленоида 25-50 кЭ.
В устройство инжектируют трубчатый электронный пучок диаметром 3 см с током до 5 кА и напряжением 500 кВ.
Ток пучка на выходе из устройства модулируется с частотой около
Из соотношения, связывающего провисание потенциала в трубке дрейфа Ф с током пучка
17 Ф 1
I 1
F (R /r6 ) (U-ф)2 находят величину ф., и скорость электронов
6 10Д -ф
Подставляя в выражение
1 21 и+ -(- — f(n+1
2 величину f u v и задавая ь значе-:— нием и выбирают расстояние 1 между резонатором и полостью для образования виртуального катода.
Радиус полости К и для образования виртуального катода 4 находят из условия I, „„) I где I „— пределькр тр ная величина тока для полости: для трубчатого пучка
Кн ) 1 g ех (8 5(Д -1) /IMH%3
ДЛЯ СПЛОШНОГО
R„) r ехр (8,5(у -1) /I„„- 1.
2/3 Я2 1
900 МГц. Коэффициент модуляции, определяемый как отношение
I макс — I мин
Т макс+ Т мнн
Тмакс ф Тмин нимальное значение тока на выходе уст40 ройства. практически равняется 100%. Кроме того, ток пучка в течение импульса возрастает и к концу импульса увеличивается вдвое, т.е. превосходит крити45 ческий ток для полости.
Применение изобретения позволяет упростить конструкцию устройства за счет уменьшения количества резонаторов, при изготовлении которых требуется большая точность.
Так как полость для образования виртуального катода не является резонансным элементом, настраиваемым на частоту первого резонатора, зависимость эффективности устройства от температурного режима существенно уменьшается, Это обусловлено тем, что изменение температуры устройства, например, в результате бомбардировки
1363324 электронами пучка не приводит к частотной расстройке между первым резонатором и полостью,, Поэтому изменение температурного режима приводит
5 только к изменению частоты модуляции и не влияет на эффективность работы устройства. п-1 2 Ro 9
R„ r ехр (8,5 (у -1) /I„„-k), 1 (п+-) < 1 (— (и+1)
2f 2 2f
Составитель Н. Абраменко
Техред Л.Олийнык Корректор JI. Патай
Редактор M. Веселовская
Заказ 6370/46 Тираж 697 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4
Формула изобретения
1. Устройство для модуляции электронного пучка, содержащее соосно расположенные резонатор и трубку дрейфа,, а также окружающий их соленоид о тР л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции устройства, а также снижения зависимости эффективности работы устройства от температурного режима и увеличения тока модулированного пучка за счет образования в трубке дрейфа виртуального .катода, в трубке дрейфа выполнена полость, при этом длина L (м ) и. радиус
Е„(м ) полости, а также расстояние 25
11M 3 между полостью и резонатором удовлетворяют следующим выражениям: где r> — радиус электронного пучка,м — релятивистский фактор электронного пучка на входе в устройство;
I ток инжектируемого электронного пучка, кА, — коэффициент, зависящий от формы пучка (Π— для трубчатого электронного пучка, 0 5 — для сплошного пучка);
f — собственная частота резонатора, Гц; ч — средняя скорость электронов пучка в трубке дрейфа, м/с;
n — любое целое положительное число, включая ноль.
2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью осуществления электрического регулирования частоты, внутри полости установлен управляющий электрод.
