Способ формирования электронного пучка в высокочастотном ускорителе

Авторы патента:

H01J37/06 - источники электронов; электронные пушки

H01J23/06 - электронные или ионные пушки

Владельцы патента RU 2713233:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского Сибирского отделения Российской академии наук (ИХКГ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к ускорительной технике, способ предназначен для формирования пучка в ВЧ-ускорителе. Пучок формируют с помощью электронной ВЧ-пушки и ВЧ ускоряющей структуры ВЧ-ускорителя путем подачи на управляющую сетку ВЧ-пушки ВЧ-сигнала и последующего ускорения пучка в ВЧ ускоряющей структуре. На зазор сетка-катод подают ВЧ-сигнал, частота которого вдвое превышает частоту последующего ускорения. Технический результат - улучшение параметров ускоренного электронного пучка, упрощение технической реализации способа.

Способ относится к области ускорительной техники и предназначен для формирования электронного пучка в высокочастотном (ВЧ) ускорителе.

Известен способ формирования электронного пучка в ВЧ-ускорителе, содержащем электронную ВЧ-пушку с сеточным управлением и ВЧ ускоряющую структуру (УС), характеризующийся тем, что на зазор сетка-катод ВЧ-пушки подают управляющий ВЧ-сигнал, получают пучок в виде последовательности электронных сгустков, частота следования которых f совпадает с частотой последующего ускорения, и затем ускоряют в УС. С этой целью на зазор сетка-катод ВЧ-пушки подают либо ВЧ-сигнал частоты f, как в аналоге [1], либо ВЧ-сигнал частоты f и одновременно ВЧ-сигнал на гармонике частоты f, например, частоты 3f, как в прототипе [2]. При подаче ВЧ-сигналов в зазоре между катодом и управляющей сеткой ВЧ-пушки создается ВЧ-напряжение и за сетку эмитируется последовательность сгустков электронов на частоте f. Пучок инжектируется в УС и ускоряется в ней на частоте f.

Однако, при формировании пучка, как в аналоге, длительность электронных сгустков Т_А на входе в УС соответствует соотношению Т_А~1/2f, что близко к величине области захвата при последующем ускорении. Поэтому, как показывают расчеты, на выходе УС формируется пучок с широким энергетическим и фазовым спектром.

При формировании пучка, как в прототипе, длительность электронных сгустков на входе в УС соответствует соотношению T_П~1/6f, меньше, чем в аналоге, что позволяет при последующем ускорении получать ускоренный пучок с относительно узким энергетическим и фазовым спектром. Однако, для такого управления пучком необходимо суммировать мощности двух ВЧ сигналов разных частот и подавать на зазор сетка-катод пушки, что представляет сложную техническую задачу.

Задачей изобретения является разработка эффективного способа управления электронным пучком, а именно формирование электронного пучка в ВЧ-ускорителе, содержащем электронную ВЧ-пушку с сеточным управлением и ускоряющую структуру, позволяющего путем подачи на зазор сетка-катод пушки управляющего ВЧ-сигнала и последующего ускорения в УС получать пучок с узким энергетическим и фазовым спектром, не требующего сложения мощностей ВЧ-сигналов разных частот.

Поставленная задача решается предложенным способом формирования электронного пучка, по которому в соответствии с аналогом и прототипом на зазор сетка-катод электронной ВЧ-пушки подают управляющий ВЧ-сигнал, получают электронный пучок в виде последовательности электронных сгустков, и ускоряют в УС. Изобретение характеризуется тем, что на зазор сетка-катод подают ВЧ-сигнал, частота которого вдвое превышает частоту последующего ускорения.

В соответствии с аналогом на зазор сетка-катод электронной пушки подают ВЧ-сигнал одной частоты, однако, в отличие от аналога, эта частота не равна частоте последующего ускорения. В соответствии с прототипом на зазор сетка-катод подают ВЧ-сигнал на гармонике основной частоты, однако, в отличие от прототипа, не проводят сложение мощностей ВЧ-сигналов разных частот.

Способ формирования электронного пучка реализуется в высокочастотном ускорителе, который включает ВЧ ускоряющую структуру - для ускорения пучка, ВЧ электронную пушку - для инжекции пучка в ВЧ ускоряющую структуру и систему формирования управляющего ВЧ-сигнала для подачи на ВЧ-пушку.

Способ формирования электронного пучка в высокочастотном ускорителе осуществляется следующим образом. На зазор сетка-катод пушки подают управляющий ВЧ-сигнал частоты 2f, где f - частота последующего ускорения. При подаче на зазор сетка-катод пушки управляющего ВЧ-сигнала частоты 2f вне зазора за сеткой формируется последовательность сгустков электронов на частоте 2f, при этом длительность каждого сгустка определяется соотношением T_И~1/4f. При последующем ускорении в УС, работающей на частоте f, сгустки попадают в разные условия и в режим ускорения захватывается только каждый второй сгусток. Например, если сгусток 1 попадает в ускоряющую фазу поля и далее ускоряется, то следующий за ним сгусток 2 попадает в тормозящую фазу и тормозится, отдает энергию ускоряющему полю, останавливается и под действием пространственного заряда оседает на управляющую сетку пушки и стенки ускорителя. Соответственно, из последовательности сгустков на частоте 2f формируется последовательность сгустков на частоте f, которые захватываются в режим ускорения и далее ускоряются.

Поскольку длительность сгустков на входе в УС вдвое меньше, чем в аналоге, на выходе УС, как показывают расчеты, формируется пучок с относительно узким энергетическим и фазовым спектром.

Поскольку при формировании пучка в ВЧ-пушке используется ВЧ-сигнал одной частоты, не требуется сложение мощностей ВЧ-сигналов разных частот, что упрощает техническую реализацию способа.

Источники информации:

1. А.с. №438357, МПК H01J 1/00 от 09.03.1972, опуб. 23.04.1976 в Б.И. №47, Импульсный инжектор электронов;

2. Патент US 8564224 (Заявка US 2011304283) от 2011-12-15, МПК H01J 23/0, Электронный инжектор (High Average Current, High Quality Pulsed Electron Injector). - прототип

Способ формирования электронного пучка в высокочастотном ускорителе, включающий подачу на зазор сетка-катод электронной пушки управляющего высокочастотного сигнала и последующее ускорение пучка в высокочастотной ускоряющей структуре, характеризующийся тем, что на зазор сетка-катод электронной пушки подают высокочастотный сигнал, частота которого вдвое превышает частоту последующего ускорения в высокочастотной ускоряющей структуре.

Похожие патенты:

Аксиальная электронная пушка // 2699765

Изобретение относится к области электроннолучевой обработки материалов в вакууме либо в атмосфере реактивных газов. Аксиальная электронная пушка содержит первичный и вторичный катоды и характеризуется тем, что для сохранения стабильного положения вторичного катода относительно электроннолучевой оси аксиальной пушки использован держатель фигурной формы, а для бомбардировки электронами вторичного катода между катодами прикладывают пульсирующее напряжение.

Катодный блок сварочной электронной пушки // 2680150

Изобретение относится к области вакуумной электроники, а именно к оборудованию для электронно-лучевой обработки материалов. Технический результат - расширение технологических возможностей, упрощение работы по сборке и замене катодного узла электронной пушки и сокращение времени восстановления работоспособности пушки в случае выхода из строя катода или подогревателя.

Способ формирования трехмерных структур топологических элементов функциональных слоев на поверхности подложек // 2654313

Суть настоящего изобретения состоит в процессе формирования трехмерных структур топологических элементов функциональных слоев на поверхности подложек. Способ основан на применении перспективной «аддитивной технологии», то есть топологические элементы функционального слоя создаются на локальных участках подложки путем прямого осаждения на них материала.

Электронная пушка с автоэмиссионным катодом // 2651584

Изобретение относится к электронной технике, в частности к вакуумным электронным устройствам, в том числе к СВЧ приборам O-типа с микросекундным временем готовности, в которых используются автоэмиссионные источники тока.

Устройство для воздействия на сыпучий материал ускоренными электронами // 2646065

Изобретение относится к устройству для обработки сыпучего материала ускоренными электронами. Устройство включает электронно-лучевой генератор для генерации ускоренных электронов, воздействию которых подвергаются частицы сыпучего материала во время свободного падения, при этом электронно-лучевой генератор выполнен кольцеобразным и имеет первый катод и первый анод, между которыми посредством первого подаваемого электрического напряжения, которое предоставляется первым устройством электроснабжения, в вакуумируемой камере создается плазма тлеющего разряда, а также второй катод и второй анод, между которыми посредством второго устройства электроснабжения включается второе электрическое напряжение, причем эмитированные кольцевым вторым катодом и ускоренные электроны выходят из окна для выхода электронов в направлении оси кольца.

Конструкция многоэлектродного пакета // 2621290

Изобретение относится к пакету электродов, содержащему уложенные стопой электроды (71-80) для управления пучком заряженных частиц вдоль оптической оси (A), и может использоваться для изготовления полупроводниковых структур методами литографии.

Измеритель поперечных скоростей релятивистских электронов в сильном магнитном поле // 2574637

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в высоковольтной импульсной технике для диагностики импульсных источников релятивистских электронных потоков в сильном магнитном поле путем измерения поперечных скоростей релятивистских электронов.

Способ свч-генерации на основе электронных пучков // 2553574

Способ СВЧ-генерации на основе электронных пучков может быть использован в бортовой системе электропитания, системе электропитания мобильных аппаратов, а также в различных стационарных системах электроснабжения.

Электронно-лучевая пушка // 2518502

Изобретение относится к аппаратуре для электронно-лучевой сварки материалов, преимущестенно металлов, в вакууме. Технический результат - упрощение технического обслуживания электронно-лучевой пушки и увеличение рабочего пространства для обработки деталей.

Аксиальная электронная пушка // 2479884

Изобретение относится к области нанесения покрытий, нагревания и плавки металла в вакууме. .

Электронная отпаянная пушка для вывода электронного потока из вакуумной области пушки в атмосферу или иную газовую среду // 2647487

Изобретение относится к электронной технике, а именно к электронным пушкам, предназначенным для вывода электронного потока из вакуумной области пушки наружу: в атмосферу или иную газовую среду, и может быть использовано в полупроводниковой электронике для создания мощных миниатюрных структур, в квантовой электронике при изготовлении электроионизационных лазеров, в медицине для стерилизации инструментов и поверхности биологических объектов, в плазмохимии для полимеризации и ускорения медленно протекающих химических реакций, а также в других областях техники.

Электронная пушка магнетронного типа для формирования винтовых электронных пучков с ловушкой отраженных электронов // 2523447

Изобретение относится к электронным пушкам приборов пролетного типа с трубчатым электронным потоком, коаксиальным оси резонатора, например гиротронов. Технический результат - повышение эффективности генерации микроволнового излучения за счет того, что электронная пушка для формирования винтовых электронных пучков с ловушкой отраженных электронов позволяет перехватывать каждый отраженный от магнитной пробки электрон при первом же отражении от магнитной пробки.

Электронная пушка свч прибора // 2367052

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, в частности к электронным пушкам, и может быть использовано в импульсных лампах бегущей волны или клистронах с низковольтным сеточным управлением током пучка.

Многолучевая электронная пушка // 2331135

Изобретение относится к электронной технике, в частности к многолучевым электронным пушкам для мощных многолучевых электровакуумных СВЧ-приборов О-типа, например для мощных импульсных многолучевых клистронов и ЛБВ.

Электронная отпаянная пушка для вывода ленточного электронного потока из вакуумной области пушки в атмосферу или иную газовую среду // 2267830

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к электронным отпаянным пушкам, обеспечивающим облучение электронным потоком объектов, расположенных в атмосфере или иной газовой среде, и может быть использовано, например, для стерилизации медицинских инструментов.

Способ получения объемного заряда // 2258973

Изобретение относится к способам получения объемного заряда и может быть использовано для формирования электронного луча в электронных пушках приборов сверхвысоких частот (СВЧ).

Электронная пушка для свч-прибора о-типа // 2212728

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, в частности к лампам бегущей волны О-типа или клистронам с низковольтной модуляцией электронного потока (ЭП), использующим пушки с сетками.

Лампа бегущей волны // 2207654

Изобретение относится к электровакуумным приборам СВЧ, в частности к лампам бегущей волны О-типа. .

Электронная отпаянная пушка для вывода электронного потока из вакуумной области пушки в атмосферу или иную газовую среду // 2201635

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к электронным отпаянным пушкам, обеспечивающим вывод электронного потока из вакуумной области пушки в атмосферу или иную газовую среду, и может быть использовано, например, для стерилизации медицинских изделий.

Многолучевая электронная пушка с низковольтным управлением // 2123739

Изобретение относится к электронной технике, а именно к многолучевым электронным пушкам для мощных СВЧ-приборов О-типа. .