Двухрезонаторный ускоритель электронов на энергию 1,5 МэВ и импульсный ток 0,5 А

• Автор: Смирнов, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 184 c. : ил

УДК 621.384

АННОТАЦИЯ
В работе рассмотрены вопросы расчета, создания и экспери-ментального исследования компактного двухрезонаторного ускорителя электронов на энергию 1,5 МэВ и импульсный ток 0,5 А.
Большое внимание уделено теоретическому и экспериментальному исследованию, конструированию и практической реализации ВЧ системы ускорителя с питанием от магнетрона, основными элементами которой являются двухрезонаторная структура и волноводный щелевой мост.
Разработана и апробирована удобная методика настройки, обеспечивающая необходимый для устойчивой и стабильной работы генератора вид импедансной характеристики ВЧ системы.
Приведены результаты экспериментального исследования основных рабочих характеристик ускорителя и рассмотрено влияние нагрузки током пучка на работу системы ВЧ питания.
Двухрезонаторный ускоритель (АРГУС) применяется для прикладных исследований, а полученные при его разработке результаты использованы в конструкции ВЧ системы другого ускорителя электронов со стоячей волной РЭЛУС-3.
В работе 108 страниц основного текста, 70 рисунков, 12 страниц приложений, список литературы из 121 наименования. Всего в диссертации 182 страницы.

Глава I. ДВУХРЕ30НАТ0РНАЯ УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА

1.1. Обоснование возможной схемы ускорителя

1.2. Анализ баланса мощности в ускорителе
1.3. Исследование условий стабильной и устойчивой работы магнетрона на ВЧ систему ускорителя
1.4. Численный расчет динамики частиц в ускорителе
Выводы
Глава 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ, НАСТРОЙКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЧ СИСТЕМЫ УСКОРИТЕЛЯ НА НИЗКОМ УРОВНЕ МОЩНОСТИ
2.1. Исследование настройки направленных ответвителей СО СВЯЗЬЮ ПО широкой стенке ВОЛНОВОДОВ
2.2. Волноводный мост с согласующим устройством
2.3. Блок ускоряющих резонаторов
2.4. Настройка ВЧ системы ускорителя
Выводы
Глава 3. НАЛАДКА, ЗАПУСК И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ УСКОРИТЕЛЯ
3.1. Исследование ВЧ системы ускорителя на высоком уровне мощности
3.2. Конструкция отдельных узлов и общая
компоновка ускорителя
3.3. Запуск ускорителя и экспериментальное исследование нагрузки током резонаторов
3.4. Рабочие характеристики ускорителя
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
Одним из перспективных направлений передовой технологии является развитие радиационной техники, основанной на использовании ускорителей заряженных частиц [1,2] . Общее число действующих в мире ускорителей близко к четырем тысячам. Из них на установки с высокой и сверхвысокой энергией, предназначенные для фундаментальных исследований, приходится не более 1%. Основную часть составляют ускорители на малые и средние энергии (до 30 МэВ), подавляющее большинство которых используется в народном хозяйстве и медици-не [3] . Причем ускорители электронов составляют 70% от общего количества, а ускорители ионов - 30%. Наибольшее распространение электронных ускорителей связано с их лучшими технико-экономическими показателями и высокой интенсивностью электронных пучков
м •
В радиационной технологии при энергии электронов не превышающей нескольких МэВ широко применяются высоковольтные ускорители, отличающиеся простотой изготовления и высоким коэффициентом полезного действия [5] , В настоящее время максимальная энергия отечественных промышленных высоковольтных ускорителей составляет 1,5-2 МэВ, а средняя мощность пучка достигает десятков кВт [5,6] . Наличие в таких установках высокого напряжения создает значительные трудности в обеспечении электрической изоляции в источнике и ускоряющем устройстве [7] . Поэтому в диапазоне энергий до 1-2 МэВ наряду с высоковольтными ускорителями получили распространение и высокочастотные (ВЧ) однорезонаторные ускорители электронов [7] как на большую [в} , так и на сравнительно низкую мощность пучка [9,Ю,пЗ . Много работ по ускорителям на стоячей волне известно в метровом диапазоне.

значений добротности $ и режима согласования % резонаторов, мощности питания Рг , тока пучка I и расстройки по частоте Л^п сводится к построению серии простых графиков. Для выбранного режима согласования эти графики характеризуют зависимость амплитуд напряженностей полей В0 в каждом резонаторе от % ; параметрами служат значения I и . Задавась величиной Рг , легко определить действующие поля в резонаторах и рассчитать динамику движения частиц в ускорителе.
На первом этапе расчета продольной динамики было проведено уточнение величины энергии ускоренного пучка, полученной Б § 1.2 без учета (фазового движения частиц, и определение длины пространства дрейфа 112 между резонаторами. Из рис.1.2.6 видно, что для мощности ^ = I МВт ускоряющая структура должна обеспечить при токе пучка I = 0,5 А энергию Vне менее I МэВ для обоих режимов согласования резонаторов X-*/+<£ ). Численный расчет продольной динамики проводился для режима согласования резонаторов заданным током пучка = ), чему соответствуют следующие значения
амплитуд напряженностей полей: Ес - 245 кВ/см, Е02 - 234 кВ/см. Мшлш.тудане значения отличны по величине из-за разной нагрузки токогл одинаковых резонаторов к жестко связаны между собой уело-вием равенства подводимых к резонаторам уровней мощности (| =1). Анализ полученных фазовых к фазоэнергетических зависимостей показал, что после ускорения электронов в первом резонаторе происходит некоторая разгруппировка сгустка в пространстве дрейфа за счет различия скоростей электронов. Оптимальная фаза влета во второй резонатор определялась выбором длины промежутка •
На втором этапе численного расчета проводилось уточнение линейных размеров ір и І/2 , исходя из требований технического задания на ширину энергетического спектра ( а1/^ ^0,4 ) для значений V/*
= I МэВ и X = 0,5 А. При определении величин с и £02 по балансу