Высокочастотные системы микротрона

• Автор: Горбачев, Валерий Петрович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

1 СВЧ системы микротронов

2 Модельные представления элементов СВЧ систем

2.1 Ускоряющий резонатор

2.2 Модель пучка ускоренных электронов микротрона

2.2 Источники СВЧ мощности

2.2.1 Магпетронный генератор

2.2.2 Клистрон

2.3 Передача сигнала в тракте

Выводы

3 Система с самосинхронизацией магнетрона частью

мощности прошедшей через ускоряющий резонатор

3.1 Схема СВЧ системы, ее эквивалентная схема и система уравнений, описывающая колебательные процессы в ней
3.1 Стационарный режим
3.2 Переходные процессы
3.3 Экспериментальное исследование СВЧ системы с самосинхронизацией магнетрона частью мощности, прошедшей через ускоряющий резонатор
3.3.1 Экспериментальная установка

3.3.2 Результаты экспериментов
Выводы
4 Автогенераторная СВЧ система разрезного микротрона на энергию 70 МэВ
4.1 Тракт обратной связи
4.1.1 Конструкция элементов тракта обратной связи
4.1.2 Конструкция тракта обратной связи
4.1.3 Измерение параметров тракта обратной связи
4.2 Система долговременной стабилизации амплитуды поля в ускоряющей структуре
4.2.1 Аппаратный модуль преобразования
4.2.2 Алгоритм долговременной стабилизации
4.2.3 Практическое использование системы стабилизации
Выводы
5 СВЧ система разрезного микротрона с высокой яркостью пучка на энергию до 35 МэВ
5.1 Ускоряющие структуры и источник СВЧ мощности
5.2 Возбудитель клистрона и СВЧ тракты
5.2.1 Тракт высокого уровня мощности
5.2.2 Возбудитель клистрона
5.2.3 Блок низкого уровня мощности
5.3 Результаты экспериментов
Выводы
Заключение
Список использованных источников

Микротрон был предложен В.И.Векслером в 1944 году [1|. После того как были предложены и реализованы эффективные способы инжекции электронов в микротроп [2] и эффективные режимы ускорения [3] началось применение этих машин для решения фундаментальных и прикладных задач. Они используются в ядерно-физических экспериментах [4, 5], в 7-активационном анализе [б], дефектоскопии [7, 8, 9] и медицине [10]. В ОИЯИ, например, периодически проводятся международные рабочие совещания но использованию микротронов в ядерной физике. К настоящему времени СВЧ системы классического микротрона исследованы достаточно хорошо. В ряде работ определены области параметров СВЧ тракта и сто элементов обеспечивающие, при использовании магнетрона эффективную передачу мощности в ускоряющий резонатор и устойчивость режима ускорения [11, 12, 13, 14]. На пути повышения энергии пучка в классическом микротроне стоит ряд трудностей. Это, во первых, особенности фазового движения частиц в микротроне [15, 1G], которые затрудняют прохождение пучка далее ~ 40 орбиты. Во вторых -отсутствие режимов ускорения с приростом энергии более 1,9 энергии покоя электрона. Рассчитанные в [17] режимы с приростом 3 и 4 энергии покоя электрона не были реализованы. Максимальная энергия, полученная в классическом микротроне 40 МэВ [16], при этом резко снижается импульсное значение тока. Там же показано, что энергия около 60 МэВ может считаться предельной для классического микротропа. Для ряда фундаментальных и

При значительных отклонениях ш3 от Щ2 эти параметры будут иметь другие значения.
Форма импульса анодного напряжения задается, как описано в 2.3.1. Возможно изменение таких его параметров, как длительность переднего фронта, характера и величину неравномерности вершины.
Для расчетов переходных процессов использовалась программа, аналогичная описанной в [64]. Результаты расчета переходного процесса представлены на рисунке 3.3 а-Ь. Параметры резонатора содержатся в таблице 3.1, отраженная от него волна полностью поглощается, Сз = 0,4. На рисунТаблица 3.1. Основные параметры ускоряющего резонатора с двумя элементами связи
Резонансная частота, МГц 3000
Собственная добротность ускоряющего резонатора 10000
Внешняя добротность резонатора по входу 2100
Внешняя добротность резонатора по выходу 15025
Относительная мощность пучка (оптимальное значение) 3,12
ке 3.3-а обозначены: 1—[//1-амплитуда колебаний на выходе магнетрона, 2— ^-амплитуда колебаний в ускоряющем резонаторе, 3—{//2-амплитуда волны отраженной ускоряющим резонатором. На рисунке 3.3—Ь показаны процессы установления частоты (первой производной фазы) колебаний в различных частях СВЧ системы. Кривая 1- это частота колебаний генерируемых магнетроном, кривая 2 - частота (первая производная фазы) колебаний в резонаторе а кривая 3 - это первая производная фазы отраженной резонатором волны -^г- На всех кривых видно возмущающее воздействие. Время включения возмущения 3500 периодов СВЧ колебаний. Оно добавлено к импульсу анодного напряжения магнетрона и вызывает изменение частоты и амплитуды колебаний. Амплитуда возмущения -0,5%, форма импульса возмущения колоколообразная, полуширина 100 периодов СВЧ колебаний.