Ускоритель с устройством высокочастотного питания

Авторы патента:

H05H7/02 - схемы и системы для питания высокочастотной энергией (высокочастотные генераторы H03B)

Ускоритель относится к ускорителям с системами высокочастотного питания от магнетронов. Ускоритель с устройством высокочастотного питания, в котором магнетрон подключен к первому плечу ферритового циркулятора, резонаторная секции со стоячей волной - к второму плечу ферритового циркулятора, поглощающая нагрузка - к четвертому плечу циркулятора, отличается тем, что он снабжен нерезонаторной ускоряющей секцией с бегущей волной и фазовращателем, причем нерезонаторная секция с бегущей волной подключена к третьему плечу циркулятора через фазовращатель. Изобретение обеспечивает повышение КПД ускорителя за счет использования энергии волны, отраженной от резонаторной секции со стоячей волной во время переходного режима, для ускорения частиц. 2 ил.

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц с системами высокочастотного питания от автогенераторов, конкретно, к ускорителям заряженных частиц с системами высокочастотного питания от магнетронов.

Известен ускоритель с развязкой магнетрона и резонаторных секций со стоячей волной с помощью волноводного моста, в котором магнетрон через фазовращатель подключен ко входному плечу волноводного моста, а две идентичные резонаторные секции со стоячей волной - к выходным плечам волноводного моста. Волны, S_ll nотраженные от резонаторных секций со стоячей волной, отводятся в поглощающую нагрузку и на входе магнетрона отсутствуют, что обеспечивает развязку магнетрона и секций (1).

Недостатком устройства является отсутствие ускорения частиц в ускоряющих секциях со стоячей волной во время переходного режима из-за отражения волн от резонаторных секций со стоячей волной и и^6ии передачи их в поглощающую нагрузку, что приводит к снижению КПД ускорителя.

Известен также ускоритель, в котором для развязки магнетрона и резонаторной секции со стоячей волной применяется ферритовый циркулятор. В ускорителе магнетрон подключен к первому плечу ферритового циркулятора, резонаторная секция со стоячей волной подключена ко второму плечу ферритового циркулятора, к третьему и четвертому плечам ферритового циркулятора подключены поглощающие нагрузки. Волна, отраженная от резонаторной секции со стоячей волной, отводится в поглощающую нагрузку, подключенную к третьему плечу ферритового циркулятора, и на входе магнетрона отсутствует. Это обеспечивает развязку Ы_мас магнетрона и резонаторной секции со стоячей волной (2).

Недостатком устройства является отсутствие ускорения частиц в ускоряющей секции со стоячей волной во время переходного режима из-за отражения волны от резонаторной секции со стоячей волной и передачи ее в поглощающую нагрузку, что приводит к снижению КПД ускорителя.

Задачей изобретения является повышение КПД ускорителя за счет использования энергии волны, отраженной от резонаторной секции со стоячей волной во время переходного режима, для ускорения частиц.

Это достигается тем, что ускоритель с устройством высокочастотного питания, в котором магнетрон подключен к первому плечу ферритового циркулятора, резонаторная секции со стоячей волной подключена ко второму плечу ферритового циркулятора, поглощающая нагрузка подключена к четвертому плечу циркулятора, снабжен нерезонаторной ускоряющей секцией с бегущей волной и фазовращателем, причем нерезонаторная секция с бегущей волной подключена к третьему плечу циркулятора через фазовращатель.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - эпюры зависимости амплитуды ускоряющего поля E, нормированного на установившееся значение E₀, от времени t, нормированного на постоянную времени резонаторной ускоряющей секции

. Магнетрон 1 подключен к первому плечу ферритового циркулятора 2, резонаторная секция со стоячей волной 3 подключена ко второму плечу циркулятора 2, к третьему плечу ферритового циркулятора 2 через фазовращатель 4 подключена нерезонаторная секция с бегущей волной 5, к четвертому плечу ферритового циркулятора 2 подключена поглощающая нагрузка 6.

На фиг. 2 эпюра 7 характеризует переходный процесс в резонаторной секции со стоячей волной 3, эпюра 8 - переходный процесс в нерезонаторной секции с бегущей волной 5, эпюра 9 является суммой эпюр переходных процессов в резонаторной секции со стоячей волной 3 и в нерезонаторной секции с бегущей волной 5 и характеризует переходный процесс в ускорителе в целом.

Ускоритель работает следующим образом. Волна, отраженная от резонаторной секции со стоячей волной 3, поступает на вход нерезонаторной секции с бегущей волной 5 и возбуждает ее. Резонаторная секция со стоячей волной 3 представляет собой ускоряющую структуру с высокой добротностью, например, бипериодическую ускоряющую структуру. Нерезонаторная секция с бегущей волной 5 является низкодобротной структурой, например, круглым диафрагмированным волноводом. Амплитуда волны, отраженной от резонаторной секции со стоячей волной 3, максимальна в начальный момент импульса, так как секция представляет собой закоротку, коэффициент отражения от которой равен -1. В процессе возбуждения резонаторной секции со стоячей волной 3 коэффициент отражения от нее уменьшается, поэтому уменьшается и амплитуда отраженной волны. Таким образом, возбуждение нерезонаторной секции с бегущей волной 5 осуществляется волной с амплитудой, являющейся максимальной в начальный момент импульса и уменьшающейся до стационарной величины. Вследствие этого ускоряющее поле в нерезонаторной секции с бегущей волной 5 максимально в начальный момент импульса и уменьшается с течением времени (см. фиг. 2, эпюра 7). Использование волны, поступающей от магнетрона 1 и отраженной от резонаторной секции со стоячей волной 3 в переходном режиме, для создания ускоряющего поля в нерезонаторной секции с бегущей волной 5 обеспечивает сокращение длительности переходного процесса в ускорителе в 5-6 раз и повышение его КПД (см. фиг. 2, эпюра 8). Нерезонаторная секция с бегущей волной 5 подключена к третьему плечу ферритового циркулятора через фазовращатель 4 для обеспечения оптимальной фазы влета сгустков из резонаторной секции со стоячей волной 3 в нерезонаторную секцию с бегущей волной 5.

Предлагаемое устройство позволяет сократить длительность переходного процесса в 5-6 раз, что приводит к увеличению на 60-70% полезной части высокочастотного импульса, используемой на ускорение частиц.

Источники информации 1. Кантер Б.З. Двухрезонаторная ускоряющая система. - В кн. "Электронные ускорители. Труды V межвузовской конференции" г.Томск, М., Атомиздат, 1966, с. 192-200.

2. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ, т. 2, М., Высшая школа, 1972, с. 308.

Формула изобретения

Ускоритель с устройством высокочастотного питания, в котором магнетрон подключен к первому плечу ферритового циркулятора, резонаторная секция со стоячей волной - к второму плечу ферритового циркулятора, поглощающая нагрузка - к четвертому плечу циркулятора, отличающийся тем, что он снабжен нерезонаторной ускоряющей секцией с бегущей волной и фазовращателем, причем нерезонаторная секция с бегущей волной подключена к третьему плечу циркулятора через фазовращатель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

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

Устройство управления мощностью микроволнового излучения линейного ускорителя // 2163060

Ускоритель заряженных частиц с устройством высокочастотного питания // 2154924

Ускоритель с устройством высокочастотного питания // 2149524

Линейный ускоритель электронов // 1828383

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к сильноточным 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 // 1826147

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к системам высокочастотного питания ускорителей, входящих в состав установок со встречными пучками, предназначенных для фундаментальных исследований в области физики высоких энергий

Система высокочастотного питания ускорителя заряженных частиц // 1773223

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

Узел связи // 1764193

Система высокочастотного питания линейного ускорителя заряженных частиц // 1760957

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к сильноточным ускорителям заряженных частиц с малой длительностью импульса тока, предназначенным для использования в радиационной химии, активационном анализе, фундаментальных исследованиях физики высоких энергий и др

Линейный ускоритель заряженных частиц // 1760956

Ускоритель с устройством высокочастотного питания // 2171018

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

Устройство для генерации нейтронного и рентгеновского излучений // 2175819

Ускоритель с устройством высокочастотного питания // 2191491

Устройство для ускорения заряженных частиц // 2236094

Изобретение относится к получению ускоренных пучков заряженных частиц высокой энергии, а именно к конструктивным элементам линейных ускорителей

Ускоритель с устройством высокочастотного питания // 2249927

Изобретение относится к системам высокочастотного питания ускорителей заряженных частиц, а именно к системам высокочастотного питания резонансных ускорителей от магнетронов

Линейный индукционный ускоритель // 2286034

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для генерации электронных или ионных пучков микросекундной длительности с высокой частотой следования импульсов

Источники излучения с множеством чередующихся уровней энергии // 2508617

Заявленное изобретение относится к источникам излучения с множеством уровней энергии. В заявленном способе для приведения частоты подаваемой к ускорителю РЧ энергии в соответствие с резонансной частотой ускорителя предусмотрено использование устройств автоматической подстройки частоты. В одном варианте, где генератором мощных радиочастотных импульсов является механически настраиваемый магнетрон, предусмотрена автоматическая подстройка частоты для приведения частоты мощных РЧ импульсов одного уровня энергии в соответствие с резонансной частотой ускорителя во время подачи этих мощных РЧ импульсов, а управление магнетроном выполняется так, чтобы частотный сдвиг в магнетроне при другом уровне энергии питания, по меньшей мере частично, соответствовал бы сдвигу резонансной частоты ускорителя во время подачи этих РЧ импульсов. В других вариантах, когда генератором мощных радиочастотных импульсов является клистрон или электрически настраиваемый магнетрон, для каждого уровня энергии РЧ импульсов предусмотрено отдельное устройство автоматической подстройки частоты. Техническим результатом является повышение эффективности исследования содержимого различных объектов без их вскрытия. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 8 ил.

Ускоритель и способ управления ускорителем // 2550819

Изобретение относится к ускорителю для ускорения заряженных частиц. Заявленный ускоритель содержит, по меньшей мере, два последовательно установленных по ходу луча высокочастотных резонатора, с помощью которых ускоряется импульсная последовательность, содержащая несколько пучков частиц. Также ускоритель содержит устройство управления для управления высокочастотными резонаторами. С помощью устройства управления соответствующие высокочастотные поля, создаваемые в высокочастотных резонаторах во время ускорения импульсной последовательности, регулируются независимо друг от друга таким образом, что при ускорении импульсной последовательности несколько пучков частиц импульсной последовательности получают разные ускорения. Кроме того, изобретение предусматривает регулирование создаваемых полей в высокочастотных резонаторах во время ускорения импульсной последовательности независимо друг от друга таким образом, что при ускорении импульсной последовательности несколько пучков импульсной последовательности частиц получают разные ускорения. Техническим результатом является повышение эффективности ускорения заряженных частиц разного рода до различных энергий с возможностью повышения гибкости управления работой ускорителя, а также возможность быстрого облучения большого диапазона глубин. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Коаксиальный волновод с вч передатчиком // 2579748

Изобретение относится к коаксиальному волноводу с центральным проводником и с гильзообразным проводником, который окружает центральный проводник, причем гильзообразный проводник имеет щель, и предусмотрен ВЧ передатчик для ввода ВЧ мощности в щель. Технический результат - возможность комбинации функций генерации радиочастотной энергии и передачи радиочастотной энергии потребителю в одном устройстве. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Вч генератор // 2597004

Изобретение относится к области ВЧ техники. ВЧ генератор содержит множество твердотельных переключателей, множество рупорных волноводов и цилиндрический полый проводник. Продольные оси рупорных волноводов и полого проводника ориентированы соответственно в z-направлении. Каждый из рупорных волноводов имеет первый продольный конец и второй продольный конец. Полый проводник имеет третий продольный конец. В каждом из рупорных волноводов размещенная в x-y-плоскости первая площадь поперечного сечения у первого продольного конца меньше, чем размещенная в x-y-плоскости вторая площадь поперечного сечения у второго продольного конца. Второй продольный конец каждого рупорного волновода размещен у третьего продольного конца полого проводника. Соответствующий твердотельный переключатель размещен у первого продольного конца каждого рупорного волновода, чтобы возбуждать электромагнитное колебание в соответствующем рупорном волноводе. Технический результат - снижение потерь мощности и занимаемой площади путем совмещения функций генерирования ВЧ мощности и направления ее одним и тем же устройством. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.