Система высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц

 

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к линейным ускорителям заряженных частиц с малой длительностью импульса тока, предназначенных для использования в радиационной химии, активационном анализе, фундаментальных исследованиях физики высоких энергий и др. Система высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц содержит задающий генератор 1, быстродействующий фазовращатель 2 с изменением фазы на 180^o, усилитель мощности 3, n высокочастотных мостов 4.1-4.n, n-1 линий задержки 5.1-5.n-1, дополнительную линию задержки 6. 2 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к линейным ускорителя заряженных частиц с малой длительностью импульса тока, предназначенных для использования в радиационной химии, активационном анализе, фундаментальных исследованиях физики высоких энергий и др. Целью изобретения является повышение надежности системы ВЧ-питания и повышение выходной мощности. На фиг. 1 изображена двухкаскадная система высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц; на фиг.2 изображены временные диаграммы, иллюстрирующие ее работу. Система высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц состоит из задающего генератора 1, быстродействующего фазовращателя 2 с изменением фазы на 180^o, усилителя мощности 3, высокочастотных мостов 4.1, 4.2, 4.3, линий задержки 5.1, 5.2, дополнительной линии задержки 6. Второе выходное плечо последнего моста 4.3 через дополнительную линию 6 задержки подключено к второму входному плечу первого моста 4.1. Время задержки линий задержки 5.1, 5.2 для каждой последующей линии в 2 раза меньше, чем у предыдущей. Время задержки последней линии 5.2 задержки равно длительности выходного ВЧ-импульса. Время задержки линии 6 задержки и длительность входного ВЧ-импульса (необходимая длительность ВЧ-импульса на выходе усилителя мощности) определяются количеством каскадов умножения мощности. Например, для двухкаскадной системы, содержащей три моста 4.1, 4.2, 4.3 и две линии задержки 5.1, 5.2, время задержки линии 6 задержки также равно длительности выходного ВЧ-импульса, а длительность ВЧ-импульса усилителя мощности равна S·Т (где Т длительность выходного импульса). Работу системы ВЧ-питания рассмотрим, используя временные диаграммы, приведенные на фиг.2. Разобьем ВЧ-импульс на выходе усилителя мощности t_n на 5 равных частей. В первой части импульса (0-t₁) волна с выхода усилителя E_A, пройдя через непосредственно соединенные плечи мостов 4.1, 4.2, 4.3, заполняет линию задержки 6. Через время 1/5·t₄, равное времени заполнения линии задержки 6, фронт этой волны появляется на входном плече первого моста 4.1, подключенном к линии задержки 6. Фазировка волн Е_A и E_Б установлена фазовращателем 2 так, чтобы волны складывались в одной фазе на том плече первого моста 4.1, которое подключено к первой линии задержки 5.1. В течение двух последующих частей ВЧ-импульса t₁-t₂ и t₂-t₃ происходит заполнение первой линии задержки 5.1 энергией поля волны ВЧ-генератора. Мощность волны, поступающей на вход этой линии задержки в интервале времени t₂-t₃, превышает мощность волны генератора Р_г за счет энергии, накопленной в линии задержки 6. В момент времени t₃ с помощью фазовращателя 2 фаза волны E_A изменяется на 180·. При этом суммарная волна, образованная сложением волн Е_A и E_Б, поступает в то плечо первого моста 4.1, которое непосредственно связано с вторым мостом 4.2. При этом на входных плечах второго моста 4.2 оказываются две волны: одна с амплитудой Е_A непосредственно с выхода первого моста 4.1, а вторая с несколько большей амплитудой с выхода первой линии задержки 5.1. Складываясь на втором мосту 4.2, эти волны поступают на вход второй линии задержки 5.2. Амплитуда волны на входе этой линии задержки Е_Д превышает амплитуду волны генератора примерно в 1,5 раза. В течение интервала времени t₃-t₄ происходит заполнение второй линии задержки 5.2. В это же время на вход линии задержки 6 поступает волна с фазой, сдвинутой на 180^o относительно фазы волны, поступавшей на вход этой линии задержки в предыдущих интервалах. Эта волна поступает от генератора через непосредственно соединенные плечи мостов 4.1, 4.2. К моменту времени t₄, когда вторая линия задержки 4 заполняется ВЧ-полем повышенной амплитудой, а фронт волны с фазой, сдвинутой на 180^o, подходит к выходу линии задержки 6, фазовращатель 2 снова изменяет фазу волны усилителя 3 на 180^o. В результате этого волны Е_A и Е_Б по-прежнему складываются в одной фазе на том плече первого моста 4.1, которое соединено с вторым мостом 4.2, но фаза этой волны изменена на противоположную. При этом результирующая волна Е_г поступает из второго моста 4.2 непосредственно на третий 4.3 последний. В течение всего интервала времени t₄-t₅ на плечи третьего моста 4.3 поступают волны из второй линии 5.2 задержки Е_e и с выхода второго моста 4.2 Е_г. Фазировка этих волн подбирается таким образом, чтобы они складывались в одной фазе в выходном плече последнего (третьего) моста 4.3, образуя волну Е_ж. Амплитуда этой волны превышает амплитуду волны Е_A (усилителя мощности) в 2,12 раза (если пренебречь потерями в линиях задержки). Мощность волны возрастает в 4,5 раза. КПД системы в данном случае составляет 90%

Формула изобретения

Система высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц, содержащая последовательно включенные задающий генератор, быстродействующий фазовращатель, усилитель мощности, к выходу которого подключены последовательно соединенные первыми плечами через линии задержки, а вторыми плечами непосредственно друг к другу, несколько высокочастотных мостов, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности системы высокочастотного питания и повышения выходной мощности, между вторым выходным плечом последнего высокочастотного моста и вторым входным плечом первого высокочастотного моста включена дополнительная линия задержки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2