Высокочастотные системы и каналы резонансных ускорителей

• Автор: Каминский, Владимир Ильич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 280 с. : ил.

РЕФЕРАТ
В диссертации изложены результаты разработки методик исследования характеристик ВЧ систем резонансных ускорителей, разработки и конструирования типичных элементов и узлов ВЧ систем и каналов транспортировки пучка ускорителей, проведенных экспериментов на низком и высоком уровне мощности. Полученные результаты внедрены в действующих линейных ускорителях электронов с питанием от магнетронов и проекте создаваемого Ускорительнонакопительного комплекса на энергию 600 ГэВ.
Рассмотрены методы расчетного и экспериментального исследования характеристик резонансных и нерезонансных элементов каналов ускорителей, предложены способы измерения их характеристик на различных типах волн. Выполнено теоретическое исследование стационарного режима в системе питания резонаторных секций на основе бипериодической структуры от магнетрона через ферритовую и мостовую развязки. Определены допуски на настройку параметров секций на рабочем (л/2) и соседнем с ним видах колебаний, при реализации которых обеспечивается устойчивая и стабильная работа генератора на рабочей частоте. Предложены и проанализированы способы рекуперации энергии генератора, отраженной от секций во время переходного процесса. Рассмотрены схемные решения, обеспечивающие повышение надежности работы многосекционного ускорителя. Описаны методы настройки волноводных направленных ответвителей, устанавливаемых в трактах с высоким уровнем передаваемой мощности. Исследованы электродинамические характеристики типичных резонансных и нерезонансных неоднородностей вакуумной камеры ускорителей на высокую энергию. По результатам исследований выработаны и апробированы рекомендации по уменьшение паразитных полей, возбуждаемых ускоренным пучком. Представлены результаты исследования рабочих характеристик ускорителей на небольшую энергию в различных эксплуатационных режимах. Полученные экспериментальные данные сравнены с расчетными результатами.
Диссертация содержит 280 страниц, 109 иллюстраций, 18 таблиц, список литературы из 163 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИСТЕМ И КАНАЛОВ РЕЗОНАНСНЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ
1.1. Определения и классификация ВЧ систем и каналов ускорителей по функциональному назначению
1.2. Количественные характеристики электромагнитных полей в исследуемых объектах и связь между ними
1.3. Расчетные методы исследования характеристик ВЧ систем и каналов
1.4. Экспериментальные методы исследования ВЧ систем и каналов
1.4.1. Метод малых возмущений как основа методик исследования полей в устройствах
1.4.2. Методы измерения элементов матрицы рассеяния на низшем и высших типах волн
1.4.3. Метод модельных измерений ВЧ характеристик устройств
Выводы
2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ РЕЖИМОВ В ВЧ СИСТЕМАХ УСКОРИТЕЛЕЙ С РЕЗОНАТОРНЫМИ СЕКЦИЯМИ
2.1. Особенности резонаторной ускоряющей секции как высокочастотной нагрузки
2.2. Исследование стационарного режима в системе питания резонаторной нагрузки от автогенератора
2.3. Исследование влияния видов колебаний, соседних с основным на работу ВЧ системы ускорителя
2.4. Импедансные характеристики высокочастотной системы ускорителя
Выводы
3. ОПТИМИЗАЦИЯ ХРАКТЕРИСТИК ВЧ СИСТЕМ И УЗЛОВ УСКОРИТЕЛЕЙ
3.1. Способы повышения эффективности использования ВЧ энергии в каналах и
системах ускорителей
3.1.1. Рекуперация энергии генератора в системах питания ЛУЭ
3.1.2. Повышение надежности работы ВЧ систем многосекционных
ускорителей
3.2. Разработка методов настройки направленных ответвителей для ВЧ систем ускорителей на малые энергии
3.2.1. Ответвитель со связью по широкой стенке волноводов
3.2.2. Ответвитель со связью по узкой стенке волноводов
Выводы
4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В ВАКУУМНОЙ КАМЕРЕ УСКОРИТЕЛЕЙ
4.1. Исследование характеристик резонансных элементов вакуумной камеры
4.1.1. Цилиндрический резонатор
4.1.2. Узел откачки ионопровода
4.1.3. Электростатический преобразователь
4.2.Исследование характеристик нерезонансных элементов вакуумной
камеры
4.3. Модельное определение коэффициента полных потерь энергии пучка . 197 Выводы
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЧ СИСТЕМ УСКОРИТЕЛЕЙ ПРИКЛАДНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
5.1. Исследование ВЧ системы трехсекционного резонаторного ускорителя
5.2. Исследование ВЧ системы трехсекционного ускорителя с бегущей
волной
5.3. Исследование ВЧ системы двухсекционного резонаторного ускорителя
5.4. Исследование ВЧ системы односекционного резонаторного ускорителя
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ные измерения выполняются для отрезка коаксиальной линии с поперечным сечением, совпадающим с сечением подводящих патрубков исследуемого объекта, и длиной, равной длине объекта. Измерения дают величину коэффициента передачи S]2 реперной линии. Из измеренных коэффициентов передачи рассчитываются соответствующие постоянные распространения ко и kR:
kD =jlnS,D2, kR =jlnS1R2 (1.31)
Как показано в работе [71], сопротивление связи исследуемого объекта рассчитывается по формуле:
св — jo ' , . »

Здесь Zo-волновое сопротивление реперной линии, 1-длина исследуемого устройства. Измерения коэффициентов передачи осуществляются с помощью программно-управляемых измерительных комплексов, разработанных фирмой Hewlett-Packard и используемых рядом авторов [84]. Описанная методика обеспечивает возможность проведения экспресс измерений характеристик устройств, однако, при этом отсутствует возможность определения парциального вклада в сопротивление связи устройства различных типов волн. Это осложняет разработку и реализацию методик подавления паразитных колебаний в устройствах.
Обеспечение возможности раздельного измерения коэффициентов передачи на отдельных типах волн достигается в установке, предложенной в работе [85]. К входу и выходу исследуемого объекта присоединяются коаксиальноволноводные переходы, обеспечивающие возбуждение электромагнитных полей в нем на заданной частоте. Измерительным прибором является программноуправляемый измерительный комплекс. С помощью предварительной калибровки определяются элементы матрицы рассеяния переходов в полосе частот. Затем проводятся измерения элементов матрицы рассеяния исследуемого устройства. Матрица рассеяния четырехполюсника, образованного исследуемым устройством и двумя коаксиально-волноводными переходами, является матрицей достаточно высокого порядка. Порядок матрицы определяется числом типов волн, возбуждаемых на заданной частоте. Практически реализуемой является возмож-
(kp-kR