Ускоряющая система линейного ускорителя ионов на н-волне

 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в линейных ускорителях ионов. Целью изобретения является упрощение настройки ускоряющей системы и уменьшение ВЧ-потерь. Ускоряющая система линейного ускорителя ионов на Н-волне состоит из резонатора 1 и расположенных в нем групп трубок дрейфа 2, закрепленных на встречных гребенчатых держателях 3 - 6, снабженных боковыми пластинами. Для настройки системы не требуется значительного числа настроечных элементов, в результате чего снижаются ВЧ-потери. Кроме того, предлагаемая ускоряющая система проще и дешевле в изготовлении, так как допустимая величина отклонений геометрических размеров элементов системы больше, чем у известных систем. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в линейных ускорителях ионов. Целью изобретения является упрощение настройки ускоряющей системы и уменьшение ВЧ-потерь. На фиг. 1 и 2 показаны варианты предлагаемой системы и ускоряющей системы и ускоряющей системы с размещением трубок дрейфа, продольный и поперечный разрезы; на фиг. 3 - известная система с таким же размещением трубок дрейфа; фиг. 4 - дисперсионные характеристики трех ускоряющих систем; фиг. 5 - варианты предлагаемой системы слоя линейного ускорителя протонов на 2 МэВ, продольный и поперечный разрезы. Ускоряющая система состоит из резонатора 1 и расположенных в нем групп трубок дрейфа 2, закрепленных на встречных гребенчатых держателях 3, 4, 5 и 6, снабженных боковыми пластинами и настроечными элементами 7. Расположение каждой крайней трубки дрейфа каждого гребенчатого держателя, кроме первой и последней трубок ускоряющей системы, между двумя трубками, прикрепленными к одному встречному гребенчатому держателю, приводит к увеличению связи между контурами: парами встречных гребенчатых держателей с группами трубок дрейфа за счет образования трех и более ускоряющих зазоров, общих для соседних контуров, не вызывает дополнительных ВЧ-потерь, как в случае использования только одной пары протяженных встречных гребенчатых держателей, но уменьшает крутизну дисперсионной характеристики ускоряющей системы в районе рабочей точки. Система становится более устойчивой к возмущениям, в результате чего существенно упрощается процесс ее настройки, а также снижается его трудоемкость. Отпадает необходимость использования большого числа настроечных элементов, как у известного устройства, а следовательно, отсутствуют и связанные с ними ВЧ-потери. Это подтверждается результатами измерений дисперсионных характеристик трех ускоряющих систем с одинаковыми ускоряющими каналами, но различным распределением трубок дрейфа на двух парах встречных гребенчатых держателей (фиг. 1-3). Анализ крутизны дисперсионных характеристик этих систем (фиг. 4) вблизи рабочей частоты позволяет сделать вывод о большей устойчивости к возмущениям ускоряющих систем с тремя (фиг. 1, кривая "а" на фиг. 4) и семью (фиг. 2, кривая "б" на фиг. 4) общими для двух контуров ускоряющими зазорами, по сравнению с ускоряющей системой (фиг. 3, кривая "в" на фиг. 4) с размещением трубок дрейфа, как у известного устройства, и одним ускоряющим зазором. В качестве примера конкретного исполнения рассматривается ускоряющая система линейного ускорителя протонов на Н-волне на энергию 2МэВ, состоящую из цилиндрического резистора 1 (фиг. 5) диаметром 216 мм и длиной 556 мм, 15 штук трубок дрейфа 2, диаметр которых изменяется вдоль ускоряющей системы от 4,3 до 15,8 мм, закрепленных группами на четырех встречных гребенчатых держателях 3-6 следующим образом: на держателе 3 - трубки дрейфа NN 1, 3, 5, 7 и 9; на держателе 4 - NN 2, 4 и 6; на держателе 5 - NN 11, 13 и 15; на держателе 6 - NN 8, 10, 12 и 14. Крайние трубки дрейфа NN 6, 8, 9 и 11 гребенчатых держателей, кроме NN 1 и 15, расположены каждая соответственно между двумя трубками дрейфа NN 5 и 7, 7 и 9, 8 и 10, 10 и 12, принадлежащих одному встречному гребенчатому держателю. Вследствие этого между трубками дрейфа NN 6, 7, 8, 9, 10 и 11 образуются пять ускоряющих зазоров общих для обеих пар гребенчатых держателей ( 3 и 4, 5 и 6). На гребенчатом держателе 6 симметрично закреплены два индуктивных настроечных элемента 7 под углом 25^о к плоскости держателя. Ускоряющая система (фиг. 5) этого ускорителя, состоящая из цилиндрического резонатора 1, трубок дрейфа 2, закрепленных группами на двух парах гребенчатых держателей 3, 4 и 5, 6, снабженных боковыми пластинами, работает следующим образом. Внешний ВЧ-генератор возбуждает в ускоряющей системе стоящую электромагнитную волну типа H_11n. В зазорах между трубками дрейфа возникает продольное переменное электрическое поле, напряженность которого равномерна вдоль всего ускоряющего канала. При определенных величине и направлении электрического поля в зазоре происходит ускорение заряженных частиц. Частицы проходят через последовательность ускоряющих зазоров и получают в каждом из них приращение энергии. Суммарная энергия частиц на выходе из ускорителя 2 Мэв. На макетах различных вариантов ускоряющих систем были проведены измерения дисперсионных характеристик, шунтовых сопротивления и добротностей. Исследовались три ускоряющие системы с одинаковым ускорительным каналом и размещением трубок дрейфа на двух парах встречных гребенчатых держателей: 1) предлагаемая ускоряющая система с емкостной связью между контурами в трех ускоряющих зазорах, общих для этих контуров (фиг. 1, кривая "а" на фиг. 4); 2) то же, но с емкостной связью в семи ускоряющих зазорах (фиг. 2, кривая "б" на фиг. 4); 3) ускоряющая система с емкостной связью между контурами в одном ускоряющем зазоре (фиг. 3, кривая "в" на фиг. 4), как у известного устройства. Результаты измерений шунтового сопротивления свидетельствуют о том, что с увеличением емкости связи между контурами ВЧ-потери не растут. Анализ крутизны дисперсионных характеристик (фиг. 4) в районе рабочей частоты позволяет сделать вывод об увеличении устойчивости к возмущениям предлагаемой ускоряющей системы с ростом емкости связи контуров. Вследствие этого допустимые отклонения геометрических размеров предлагаемой ускоряющей структуры могут быть в 1,2-1,5 раза больше. Описанные результаты позволили достаточно быстро настроить ускоряющую систему для линейного ускорителя протонов на энергию 2 Мэв (фиг. 5). При этом были использованы всего два индуктивных азимуально отклоняемых настроечных элемента 7. Требуемая равномерность ускоряющего поля (5% ) на заданной частоте была получена при отклонении каждого из настройщиков на 25^о от плоскости гребенчатого держателя 6. Настройка ускоряющей системы с тем же ускоряющим каналом, но размещением трубок дрейфа, как у известного устройства, и емкостной связью между контурами только в одном ускоряющем зазоре (между трубками дрейфа N 7 и 8) потребовала установки шести настроечных элементов и в три раза больше времени. Кроме того, по сравнению с предлагаемой ускоряющей системой шунтовое сопротивление этой системы снизилось в 1,8 раза, а величина допустимых отклонений геометрических размеров элементов системы уменьшилась в 1,3 раза. На основании вышеизложенного можно сделать вывод об упрощении настройки предлагаемой ускоряющей системы и высокой эффективности использования в ней ВЧ-мощности. Технико-экономическая эффективность предлагаемой ускоряющей системы линейного ускорителя ионов на H-волне выражается всего в том, что увеличение емкостной связи между контурами: парами встречных гребенчатых держателей с группами трубок дрейфа, происходит не за счет увеличения емкостной нагрузки всей системы и, как следствие, увеличения ВЧ-потерь, а путем перераспределения трубок дрейфа между гребенчатыми держателями, в результате чего образуются три и более ускоряющих зазора, общих для соседних контуров, и их емкость увеличивает связь между этими контурами. Вследствие чего изменяются дисперсионные свойства системы, увеличивается ее устойчивость к возмущениям. Настройка такой системы осуществляется проще и быстрее, при этом не требуется значительного числа настроечных элементов, в результате чего снижаются ВЧ-потери. Кроме того, предлагаемая ускоряющая система проще и дешевле в изготовлении, так как допустимая величина отклонений геометрических размеров элементов системы больше, чем у известного устройства. (56) Баранов Л. Н. и др. Малогабаритный линейный ускоритель дейтонов на энергию ЗМЭВ. - Вопросы автономной науки и техники, серия Физика высоких энергий и атомного ядра, в. 1(13), 1957, с. 15-17. Авторское свидетельство СССР N 197037, кл. H 05 H 19/00, 1967.

Формула изобретения

УСКОРЯЮЩАЯ СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ НА Н-ВОЛНЕ, состоящая из резонатора, в котором расположено более двух встречных гребенчатых держателей с закрепленными на них группами трубок дрейфа, отличающаяся тем, что, с целью упрощения настройки и уменьшения ВЧ-потерь, каждая крайняя трубка дрейфа каждого гребенчатого держателя, кроме первой и последней трубок ускоряющей системы, расположена между двумя трубками, прикрепленными к одному встречному гребенчатому держателю.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5