Импульсная система питания двойного бетатрона

 

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для генерации электронных пучков с большой энергией. Техническим результатом изобретения является уменьшение стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона. В импульсной системе питания двойного бетатрона емкостный накопитель через тиристор соединен с обмоткой возбуждения первого электромагнита, а обмотка возбуждения второго электромагнита через другой тиристор соединена с емкостным накопителем. Параллельно к обмотке возбуждения подключена первая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и дополнительного тиристора. Параллельно к обмотке возбуждения второго электромагнита подключена вторая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и тиристора. 3 ил.

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для генерации электронных пучков с большой энергией для последующего использования энергии ускоренных электронов для целей дефектоскопии, лечения онкологических заболеваний и т.д.

В ряде случаев для определения координат дефектов требуется стереоснимок, для получения которого необходимо использование двух бетатронов (двойного бетатрона).

Известны системы питания двойного бетатрона в случае смешанного возбуждения его электромагнитов [1-3]. В связи с разработкой и внедрением импульсных систем питания бетатронов [4, 5], позволяющих формировать в индуктивной нагрузке и в том числе в обмотках электромагнита бетатрона импульсы тока различной формы, интерес к смешанному возбуждению пропал. Это объясняется тем, что при возбуждении электромагнита бетатрона однополярными импульсами тока сохраняется не только основное достоинство смешанного возбуждения - формирование однонаправленных магнитных потоков, но и появляется целый ряд дополнительных преимуществ. Например, массогабаритные параметры электромагнита бетатрона получаются меньше, чем при смешанном возбуждении, уменьшаются массогабаритные параметры системы питания. Следует отметить, что до настоящего времени двойные бетатроны с импульсным питанием не разрабатывались.

Известна импульсная система питания бетатрона (в случае двуполярного режима работы емкостного накопителя) [6]. Для создания двойного бетатрона потребуется использование двух таких импульсных систем питания, которые образуют импульсную систему питания двойного бетатрона, выбранную в качестве прототипа, содержащую первый электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, второй электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, емкостный накопитель.

Данная импульсная система питания двойного бетатрона должна будет содержать 8 тиристоров двух колебательных контуров и два емкостных накопителя. Использование такого большого количества элементов приведет к существенному увеличению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.

Задачей изобретения является уменьшение стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.

Поставленная задача достигается тем, что в импульсной системе питания двойного бетатрона, содержащей первый электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, второй электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, емкостный накопитель, согласно изобретению обмотка возбуждения первого электромагнита через один тиристор соединена с емкостным накопителем, который через другой тиристор соединен с обмоткой возбуждения второго электромагнита, причем параллельно к обмотке возбуждения первого электромагнита подключена первая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и тиристора, а параллельно к обмотке возбуждения второго электромагнита подключена вторая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и тиристора.

При таком исполнении импульсной системы питания двойного бетатрона вместо 8 тиристоров двух колебательных контуров будет использоваться всего 2, вместо двух емкостных накопителей будет использоваться один.

В бетатроне значительную часть стоимости импульсной системы питания составляют следующие элементы: емкостный накопитель и тиристоры колебательного контура. Эти элементы также составляют значительную часть массогабаритных параметров импульсной системы питания. Следовательно, полученная импульсная система питания двойного бетатрона будет обладать значительно меньшими массогабаритными параметрами и стоимостью, чем импульсная система питания двойного бетатрона, состоящая из двух импульсных систем питания, рассмотренных в [6]. Данное обстоятельство соответственно приведет к значительному уменьшению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.

На фиг.1 приведена электромагнитная система двойного бетатрона, где пунктиром показаны положения вакуумных ускорительных камер в межполюсных пространствах электромагнитов.

На фиг.2 приведена принципиальная схема импульсной системы питания двойного бетатрона.

На фиг.3 приведены эпюры изменения токов и напряжений в импульсной системе питания двойного бетатрона, где цифрами обозначено:

14 - изменение напряжения на емкостном накопителе 5,

15 - изменение тока обмотки 2 возбуждения первого электромагнита,

16 - изменение тока обмотки 4 возбуждения второго электромагнита.

Электромагнитная система двойного бетатрона (фиг.1) содержит магнитопровод 1 первого электромагнита, обмотку 2 возбуждения первого электромагнита, магнитопровод 3 второго электромагнита, обмотку 4 возбуждения второго электромагнита.

Импульсная система питания двойного бетатрона (фиг.2), включает магнитопровод 1 первого электромагнита, обмотку 2 возбуждения первого электромагнита, магнитопровод 3 второго электромагнита, обмотку 4 возбуждения второго электромагнита. Емкостный накопитель 5 через тиристор 6 соединен с обмоткой 2 возбуждения первого электромагнита, а обмотка 4 возбуждения второго электромагнита через тиристор 7 соединена с емкостным накопителем 5. Параллельно к обмотке 2 возбуждения подключена первая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания 8 постоянного тока, дросселя 9 и тиристора 10. Параллельно к обмотке 4 возбуждения подключена вторая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания 11 постоянного тока, дросселя 12 и тиристора 13.

Рассмотрим принцип действия импульсной системы питания двойного бетатрона на фиг.2.

В момент времени t₁ с приходом управляющего импульса на тиристор 10 от источника питания 8 постоянного тока через дроссель 9 происходит ввод энергии в обмотку 2 возбуждения первого электромагнита двойного бетатрона (фиг.3, кривая 15). В момент времени t₂ после окончания ввода энергии в обмотку 2 возбуждения включается тиристор 6, начинается колебательный разряд емкостного накопителя 5 на обмотку 2 возбуждения (фиг.3, кривая 14), под действием напряжения емкостного накопителя 5 тиристор 10 обесточивается и выключается. В первом электромагните двойного бетатрона создаются магнитные потоки через обратный магнитопровод магнитопровода 1 первого электромагнита в области равновесной орбиты и центральный магнитный поток. В момент времени t₃ после окончания процесса ускорения t_y1 формируется спадающая часть импульса тока в обмотке 2 возбуждения (фиг.3, кривая 15). К моменту времени t₄ ток в обмотке 2 возбуждения становится равным нулю, а емкостный накопитель 5 перезаряжается до максимального напряжения с обозначенной в скобках полярностью. При этом вся энергия, запасенная в магнитном поле первого электромагнита бетатрона, в течение интервала времени t₃-t₄ рекуперирует в емкостный накопитель 5.

В момент времени t₄ с приходом управляющего импульса на тиристор 13 от источника питания 11 постоянного тока через дроссель 12 происходит ввод энергии в обмотку 4 возбуждения второго электромагнита двойного бетатрона (фиг.3, кривая 16). В момент времени t₅ после окончания ввода энергии в обмотку 4 возбуждения включается тиристор 7, начинается колебательный разряд емкостного накопителя 5 на обмотку 4 возбуждения (фиг.3, кривая 14), под действием напряжения емкостного накопителя 5 тиристор 13 обесточивается и выключается. Во втором электромагните двойного бетатрона создаются магнитные потоки через обратный магнитопровод магнитопровода 3 второго электромагнита в области равновесной орбиты и центральный магнитный поток. В момент времени t₆ после окончания процесса ускорения t_y2 формируется спадающая часть импульса тока в обмотке 4 возбуждения (фиг.3, кривая 16). К моменту времени t₇ ток в обмотке 4 возбуждения становится равным нулю, а емкостный накопитель 5 перезаряжается до максимального напряжения с обозначенной без скобок полярностью. При этом вся энергия, запасенная в магнитном поле второго электромагнита двойного бетатрона, в течение интервала времени t₆-t₇ рекуперирует в емкостный накопитель 5, и цикл работы импульсной системы питания двойного бетатрона закончился.

Таким образом, в рассмотренной импульсной системе питания двойного бетатрона вместо 8 тиристоров двух колебательных контуров используется всего 2, используется один емкостный накопитель вместо двух, что соответственно приводит к значительному уменьшению стоимости и массогабаритных параметров двойного бетатрона.

Литература

1. Ярушкин Ю.П. Некоторые вопросы исследования смешанного возбуждения электромагнитов малогабаритных бетатронов. Диссертация. - Томск, 1964.

2. Ивашин В.В. Вентильная и вентильно-механическая коммутация в схемах получения магнитных полей в электрических машинах. Диссертация. - Томск, 1968.

3. Ананьев Л.М., Воробьев А.А., Горбунов В.И. Индукционный ускоритель электронов - бетатрон. - М.: Госатомиздат, 1961.

4. Ивашин В.В., Фурман Э.Г. Экспериментальное исследование потерь в схеме питания бетатрона однополярными импульсами тока. Известия ТЛИ. - 1970, т. 212, с.134-139.

5. Фурман Э.Г. Системы питания импульсных электромагнитов с емкостными накопителями энергии. ПТЭ. - 1988, №5, с.7-27.

6. Авт. св. СССР №661743, МКП 2 Н 03 К 5/01, Б.И. №17, 1979, с.260.

Формула изобретения

Импульсная система питания двойного бетатрона, содержащая первый электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, второй электромагнит с магнитопроводом и с обмоткой возбуждения, емкостной накопитель, отличающаяся тем, что обмотка возбуждения первого электромагнита через один тиристор соединена с емкостным накопителем, который через другой тиристор соединен с обмоткой возбуждения второго электромагнита, причем параллельно к обмотке возбуждения первого электромагнита подключена первая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и тиристора, а параллельно к обмотке возбуждения второго электромагнита подключена вторая схема ввода энергии, состоящая из последовательно соединенных между собой источника питания постоянного тока, дросселя и тиристора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3