Резонансный ускоритель пылевых частиц

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц. Резонансный ускоритель пылевых частиц содержит инжектор, индукционные датчики, усилители, мишень. Соосно инжектору установлены сквозной изолятор, экранирующий электрод, автогенератор и резонансный трансформатор, состоящий из диэлектрической трубы, первичной и вторичной обмотки и конического каркаса первичной обмотки. Технический результат - повышение скоростей и расширение диапазона ускоряемых частиц, повышение надежности и упрощение конструкции. 1 ил.

 

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц.

Известен ускоритель высокоскоростных твердых частиц, основанный на ускоряющей системе Слоуна-Лоуренса, состоящий из инжектора, линейного ускорителя, генератора Ван-де-Граафа, цилиндрических электродов, каждый последующий из которых имеет больший по сравнению с предыдущим продольный размер, генератора высоковольтного синусоидального напряжения постоянной частоты и мишени (D.B. Becker, J.F. Friichtenicht. Measurement and interpretation of the luminous efficiencies of iron and copper simulated micrometeors. / Nuclear science, 1965, №6).

Наиболее близким является линейный ускоритель для моделирования микрометеоритов, состоящий из инжектора, индукционных датчиков, усилителей, линейного ускорителя, источника фиксированного высокого напряжения, цилиндрических электродов, селектора скоростей, селектора удельных зарядов, генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блока сопряжения, электронно-вычислительной машины, усилителя пачки импульсов переменной длительности, каскадного генератора и мишени (Патент RU 2205525, МПК H05H 5/00, Бюл. №15, опубл. 27.05.2003).

Однако он обладает рядом недостатков:

- Сложная и ненадежная схема электродинамической части ускорителя;

- Невозможность повысить напряжение ускоряющей секции электродинамического ускорителя из-за конструктивных особенностей и ограничений, наложенных на ключевые элементы усилителя пачки импульсов;

- Недостаточная конечная скорость пылевых частиц.

Поставлена задача - разработать ускоритель, свободный от указанных недостатков, при сохранении широкого диапазона ускоряемых частиц.

Поставленная задача решается тем, что в ускорителе, содержащем инжектор, индукционные датчики, усилители, мишень, согласно изобретению, соосно инжектору установлены сквозной изолятор, экранирующий электрод, автогенератор и резонансный трансформатор, состоящий из диэлектрической трубы, первичной и вторичной обмотки и конического каркаса первичной обмотки, инжектор закреплен на сквозном изоляторе, с противоположной стороны к нему крепятся диэлектрическая труба и экранирующий электрод, к экранирующему электроду подключен один конец вторичной однослойной обмотки, намотанной поверх диэлектрической трубы, второй вывод обмотки заземлен, на диэлектрической трубе закреплен конический каркас первичной обмотки, на котором размещена первичная обмотка, подключенная к силовому выходу автогенератора, информационный выход которого подключен к электронно-вычислительной машине, к которой также подключены индукционные датчики через соответствующие усилители.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид ускорителя совместно с обслуживающей аппаратурой.

Устройство содержит инжектор 1, сквозной изолятор 2, диэлектрическую трубу 3, экранирующий электрод 4, вторичную однослойную обмотку 5, конический каркас первичной обмотки 6, первичную обмотку 7, автогенератор 8, индуктивные датчики 9, усилители 10, электронно-вычислительную машину 11 и мишень 12. Инжектор 1 закреплен на сквозном изоляторе 2, с противоположной стороны к нему крепятся диэлектрическая труба 3 и экранирующий электрод 4, к экранирующему электроду подключен один конец вторичной однослойной обмотки 5, намотанной поверх диэлектрической трубы 3, второй вывод обмотки 5 заземлен, на диэлектрической трубе 3 крепится конический каркас первичной обмотки 6, на котором размещена первичная обмотка, подключенная к силовому выходу автогенератора, информационный выход которого подключен к электронно-вычислительной машине 11, к которой также подключены индукционные датчики 9 через соответствующие усилители 10.

Устройство работает следующим образом. Инжектор 1 генерирует заряженные частицы в заданном диапазоне масс с регулируемой частотой с некоторой начальной скоростью. Заряженная частица пролетает область сквозного изолятора 2 и попадает в область резонансного повышающего трансформатора. Резонансный трансформатор состоит из диэлектрической трубы 3, которая является каркасом для вторичной однослойной обмотки 5 и одновременно выполняет функцию стенок вакуумной системы ускорителя в данной области, конического каркаса первичной обмотки 6 и самой первичной обмотки 7. Резонансный трансформатор питается от автогенератора 8, работающего на резонансной частоте трансформатора, в результате в нем происходит резонансная передача энергии из первичной обмотки во вторичную, причем напряжение на вторичной обмотке выше напряжения первичной в число, равное добротности колебательной системы. Один конец вторичной обмотки заземлен, а второй соединен с экранирующим электродом 4, защищающим вторичную обмотку от пробоя, таким образом, межвитковая емкость вторичной обмотки, кроме функций резонатора, является емкостным делителем высокого напряжения, под которым находится экранирующий электрод и тем самым создает убывающее электрическое поле на участке намотки. Заряженная частица в зависимости от времени подлета к области резонансного трансформатора может затормозиться, если напряжение на экранирующем электроде совпадает по знаку с зарядом частицы, или наоборот ускориться, если знаки противоположны. Ускоренные частицы, пролетая область индукционных датчиков, наведут в них слабый сигнал, который, проходя через усилители, попадает в электронно-вычислительную машину. По данным сигналам можно рассчитать скорость частицы. Также электронно-вычислительная машина получает данные об ускоряющем напряжении с информационного выхода автогенератора.

Применение предложенного технического решения позволяет получить высокую выходную скорость заряженных пылевых частиц, что достигается высоким напряжением на резонансном трансформаторе, амплитуда которого может значительно превышать эквивалентное напряжение прототипа. Также существенно снижается сложность установки и ее стоимость, отпадает необходимость в ускорительных электродах и высоковольтных делителях напряжения, при этом удается сохранить широкий диапазон ускоряемых масс, без применения сложной электроники, отвечающей за синхронность переключения электродов в процессе движения частицы. Безопасность для персонала значительно возрастает, так как в установке нет цепей с постоянным или импульсным высоким напряжением.

Резонансный ускоритель пылевых частиц, содержащий инжектор, индукционные датчики, усилители, мишень, отличающийся тем, что соосно инжектору установлены сквозной изолятор, экранирующий электрод, автогенератор и резонансный трансформатор, состоящий из диэлектрической трубы, первичной и вторичной обмотки и конического каркаса первичной обмотки, инжектор закреплен на сквозном изоляторе, с противоположной стороны к нему крепятся диэлектрическая труба и экранирующий электрод, к экранирующему электроду подключен один конец вторичной однослойной обмотки, намотанной поверх диэлектрической трубы, второй вывод обмотки заземлен, на диэлектрической трубе закреплен конический каркас первичной обмотки, на котором размещена первичная обмотка, подключенная к силовому выходу автогенератора, информационный выход которого подключен к электронно-вычислительной машине, к которой также подключены индукционные датчики через соответствующие усилители.