Ускоритель с устройством высокочастотного питания

 

Изобретение может быть использовано в системах высокочастотного питания ускорителей заряженных частиц, конкретно в системах высокочастотного питания резонансных ускорителей от магнетронов. Ускоритель содержит магнетрон, подключенный через фазовращатель к входному плечу волноводного моста, две идентичные резонаторные секции, подключенные к выходным плечам моста. К плечу моста, развязанному с входным, подключена через фазовращатель нерезонаторная ускоряющая секция. Повышается КПД ускорителя за счет использования энергии магнетрона, отраженной от идентичных ускоряющих секций во время переходного процесса в них, для ускорения частиц в нерезонаторной ускоряющей секции. 2 ил.

Изобретение относится к системам высокочастотного питания ускорителей заряженных частиц, конкретно к системам высокочастотного питания резонансных ускорителей от магнетронов.

Известен ускоритель с устройством высокочастотного питания, содержащий магнетрон, подключенный к резонаторной секции через ферритовый вентиль. Во время переходного процесса отраженная мощность рассеивается в ферритовом вентиле (см. книгу Зверева Б.В., Сабенина Н.П. "Электродинамические характеристики ускоряющих резонаторов", М., Энергоатомиздат, 1993, с.200-204). Недостатком устройства является наличие потерь мощности, отраженной от резонаторной секции, во время переходного процесса.

Известен ускоритель с устройством высокочастотного питания, содержащий магнетрон, подключенный через фазовращатель ко входному плечу волноводного моста, две идентичные резонаторные секции, подключенные к выходным плечам волноводного моста, поглощающую нагрузку, подключенную к плечу волноводного моста, развязанному со входным плечом. Волны, отраженные от секции, отводятся в поглощающую нагрузку и на входе магнетрона и секций (см. книгу Зверева Б.В., Собенина Н.П. "Электродинамические характеристики ускоряющих резонаторов", М., Энергоатомиздат, 1993, с. 200-204). Недостатком устройства является наличие потерь мощности в поглощающей нагрузке во время переходного процесса.

Задачей изобретения является повышение КПД ускорителя за счет использования энергии магнетрона, отраженной от идентичных ускоряющих секций во время переходного процесса в них, для ускорения частиц в нерезонаторной ускоряющей секции.

Это достигается тем, что в ускорителе с устройством высокочастотного питания, содержащем магнетрон, подключенный через фазовращатель к входному плечу волноводного моста, две идентичные резонаторные секции, подключенные к выходным плечам волноводного моста, к плечу моста, развязанному со входным, подключена через фазовращатель нерезонаторная ускоряющая секция.

На фиг. 1 представлена функциональная схема ускорителя, на фиг. 2 - эпюры зависимости амплитуды ускоряющего поля E, нормированного на установившееся значение E_о от времени t, нормированного на постоянную времени резонаторной ускоряющей секции τ.

Ускоритель с устройством высокочастотного питания содержит магнетрон 1, подключенный через фазовращатель 2 ко входному плечу волноводного моста 3, и две идентичные резонаторные секции 4, подключенные к выходным плечам волноводного моста. К плечу моста 3, развязанному с входным, подключена через фазовращатель 6 нерезонаторная ускоряющая секция 5.

На фиг. 2 эпюра 7 характеризует переходный процесс в секциях 4, эпюра 8 - переходный процесс в секции 5, эпюра 9 является суммой эпюр переходных процессов в секциях 4 и 5 и характеризует переходный процесс в ускорителе в целом.

Ускоритель работает следующим образом. Волна, отраженная от секции 4, поступает на вход секции 5 и возбуждает ее. Резонаторные секции 4 представляют собой ускоряющие структуры с высокой добротностью, например, бипериодические ускоряющие структуры. Нерезонансная секция 5 является низкодобротной структурой, например, круглый диафрагмированный волновод. Амплитуда волны, отраженной от секций 4, максимальна в начальный момент импульса, так как секция представляет закоротку, коэффициент отражения от которой равен -1. В процессе возбуждения секций 4 коэффициент отражения от них уменьшается, поэтому уменьшится и амплитуда отраженной волны, таким образом, возбуждение секции 5 осуществляется импульсом с амплитудой, максимальной в начальный момент импульса и уменьшающейся до стационарной величины, вследствие чего ускоряющее поле в секции максимально в начальный момент импульса и уменьшается с течением времени (см. фиг. 2, эпюра 8). Использование мощности генератора, отраженной от секций 4 в переходном режиме, для создания ускоряющего поля в дополнительной секции 5 обеспечивает сокращение длительности переходного процесса в ускорителе в 2-3 раза и повышение его КПД (см. фиг. 2, эпюра 9). Фазовращатель 2 установлен для выбора оптимального режима магнетрона 1. Фазовращатель 6 установлен для обеспечения оптимальной фазы влета сгустков из секции 4 в секцию 5.

Ускоритель позволяет сократить длительность переходного процесса в 2-3 раза, что приводит к увеличению на 40-60% полезной части высокочастотного импульса, используемой на ускорение частиц.

Формула изобретения

Ускоритель с устройством высокочастотного питания, содержащий магнетрон, подключенный через фазовращатель к входному плечу волноводного моста, две идентичные резонаторные секции, подключенные к выходным плечам волноводного моста, отличающийся тем, что к плечу моста, развязанному со входным, подключена через фазовращатель нерезонаторная ускоряющая секция.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2