Двухрезонаторный ускоритель электронов на энергию 1,5 МэВ и импульсный ток 0,5 А тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.20, кандидат технических наук Смирнов, Игорь Александрович

• Смирнов, Игорь Александрович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Смирнов, Игорь Александрович

ВВЕДШИЕ.:

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. . 48 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 . 7х

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 .Ш

3.3. Запуск ускорителя и экспериментальное исследование нагрузки током резонаторов

3.4. Рабочие характеристики ускорителя

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Двухрезонаторный ускоритель электронов на энергию 1,5 МэВ и импульсный ток 0,5 А»

Одним из перспективных направлений передовой технологии является развитие радиационной техники, основанной на использовании ускорителей заряженных частиц [l,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 медицине [з] • 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

4] ■

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,б] . Наличие в таких установках высокого напряжения создает значительные трудности в обеспечении электрической изоляции в источнике и ускоряющем устройстве [7J • Поэтому в диапазоне энергий до 1-2 МэВ наряду с высоковольтными ускорителями получили распространение и высокочастотные (ВЧ) однорезонаторные ускорители электронов [7'] как на большую [8J , так и на сравнительно низкую мощность пучка [9,I0,IlJ . Много работ по ускорителям на стоячей волне известно в метровом диапазоне.

-sB историческом плане первым представителем однорезонаторных ускорителей, питаемых от автогенератора, является линейный ускоритель протонов в Беркли, разработанный в IS46 и запущенный в IS48 г. [12]. Развитие в сороковые годы техники сверхвысоких частот (СБЧ) и создание мощных импульсных магнетронов в диапазоне длин волн 10-20 см обеспечило возможность разработки линейных ускорителей электронов (ЯУЭ) на бегущей и стоячей волне. Первый ЛУЭ на основе диафрагмированного волновода с бегущей электромагнитной волной был построен в Англии в IS48 г.рз]. Одновременно в Канаде была реализовала идея В.К.Векслера [14] и запущен первый микротрон, ускоряющим элементом в котором являлся объемный резонатор с питанием от магнетрона [l5j.

Получение высоких значений напряженности электрического поля в объемных резонаторах, возбуждаемых от магнетронов, позволило разрабатывать простые и компактные ускорители электронов на стоячей волне. В работе [1б] за 1950 г. приведены конструкция и результаты испытаний одного из первых, по-видимому, резонаторных ускорителей электронов самостоятельного применения. Ускоритель обеспечивает импульсный ток пучка до 70 мА при энергии 1,1 МэВ и предназначен для использования в качестве рентгеновской трубки. Питание ускоряющего тороидального резонатора с добротностью 12000 осуществляется от магнетрона с импульсной мощностью 0,6 МВт на длине волны 25 см. Для обеспечения устойчивого одночастотпого решила возбуждения магнетрона на частоте резонатора в коаксиальную линию передачи включена поглощающая нагрузка, расположенная от резонатора на расстоянии кратном четверти длины волны. В поглощающей нагрузке, служащей для устранения дополнительных видов колебаний магнетрона при его работе на высокодобротный резонатор, теряется значительная часть мощности генератора [ivj . Этим можно объяснить небольшой электронный коэффициент полезного действия ускорителя, не превышающий 13%.

В работе [18] представлены результаты экспериментального исследования "ребатрона" - электронного однорезонаторного ускорителя с предгруппирующей системой, предназначенного [19] для работ в области генерирования волн миллиметрового диапазона. Импульсный! ток пучка ребатрона, соответствующий условию оптимального группирования, составил 35 мА, а максимальная кинетическая энергия пучка равна I МэВ. Допустимые значения напряженности поля на оси резонатора лежат в диапазоне 500-700 кВ/см. Ускоряющий резонатор -цилиндрический с видом колебаний E0i0 и питанием от двух магнетронов с импульсной мощностью 0,6-0,8 МВт на длине волны 10,8 см. В передающий тракт от каждого магнетрона до резонатора включен волноводный Н тройник с поглощающей нагрузкой.

Согласование ускоряющих резонаторов с магнетронами значительно упростилось после появления однонаправленных развязывающих устройств - ферритовых циркуляторов и вентилей. Схема ВЧ питания с циркулятором используется в мощных микротронах [I5,20j. В [II] представлены результаты экспериментального исследования однорезонаторного ускорителя электронов прикладного назначения на энергию 0,8 МэВ и импульсный ток до 270 мА. Питание цилиндрического разборного резонатора с добротностью 9000 и коэффициентом связи равным 4 производится от магнетрона с импульсной мощностью 1,2 МВт на длине волны 11,5 см. В волноводном тракте между генератором и ускоряющим резонатором установлен ферритовый вентиль. При указанной мощности магнетрона амплитуда напряженности поля в резонаторе составила 400 кВ/см, электронный КПД ускорителя равен 12%. Из анализа энергетического спектра этого ускорителя с термоэлектронным инжектором на напряжение 35 кВ следует, что 75-80/* электронов обладают энергией (0,8-0,24) МэВ.

Надежные и простые в эксплуатации, использующее серийное радиолокационное оборудование однорезонаторные электронные ускорители 10 см диапазона длин волн нашли широкое применение в различных областях науки и техники. Кроме радиационно-технологичес-ких целей отметим использование ускорителей этого типа для возбуждения полупроводниковых квантовых генераторов [21,22], в экспериментальных исследованиях авторезонансного метода ускорения [23], а также в качестве группирователя для ЛУЭ на бегущей волне. Известно, что в ЛУЭ наиболее распространены волноводные группиро-ватели с плавным изменением фазовой скорости и амплитуды ускоряющего поля по длине. Они обеспечивают почти полный захват частиц в решзм ускорения при хорошем фазовом (10-30°) и энергетическом (3-7%) спектрах частиц на выходе [24]. Для получения прецизионного пучка часто используют комбинацию различных типов группиро-вателей. Например, размещение клистронного предгруппирователя или "чоппера" перед волноводным группирователем. Известны и трудности в изготовлении и настройке волноводного группирователя с переменными параметрами, обеспечавающиьш выбранный закон изменения фазовой скорости. Поэтому при разработке ЛУЭ наряду с в ожюв одними, как альтернативный вариант, рассматриваются и группирователи ре-зонаторного типа [25-27].

В работе [27] приведены результаты экспериментального исследования параметров пучка ЛУЭ на энергию Ю МэВ, в котором источником сгруппированных электронов является однорезонаторный ускоритель. Он состоит из термоэлектронного инжектора на напряжение 15 кВ и ускоряющего резонатора 16 см диапазона длин волн, амплитуда СВЧ напряжения в котором составляет 300-500 кВ. При импульсной мощности питания резонатора равной 2 МВт, на входе в ускоряющую секцию был получен пучок с током 1,5 А и максимальной энерги ей 0,5 МэВ при ширине энергетического спектра равной 24%, На выходе ускоряющей секции, представляющей собой диафрагмированный волновод с постоянной фазовой скоростью волны равной скорости света ( =1), максимальная энергия пучка составила 10,3 МэВ при ширине спектра равной 4%, Экспериментально показано, что применение низковольтного термоэлектронного инжектора и ускоряющего резонатора позволяет исключить из ускорителя волноводный группи-рователь и значительно упростить схему питания инжектора. Шатание однорезонаторного группирователя и ускоряющей секции осуществлялось с помощью направленного волноводного ответвителя на 10 дБ от клистронного усилителя КИУ-15 с импульсной мощностью до 20 МВт. Клистронные усилители используют, как правило, в схемах питания V. ЛУЭ на большие энергии, где необходимо обеспечить жесткие требования к стабильности тока и энергии пучка.

В ЛУЭ на малые и средние энергии наиболее распространенным типом ВЧ генератора является магнетрон, коэффициент полезного действия которого обычно превышает КПД клистрона и составляет 50-55^. Кроме этого анодное напряжение магнетрона существенно меньше чем у клистрона, что также является его практическим преимуществом]^] .

Возможность создания резонаторных ускорителей электронов с ВЧ питанием от магнетронов 10 см диапазона длин волн без применения ферритовых развязок обсуждалась в работах [28,29]. Отмечено, что резонаторные ускорители целесообразно конструировать для получения пучков с относительно низкой энергией (1-3 МэВ) при достаточно больших значениях импульсного тока пучка (сотни мА).При разработке резонаторного ускорителя вопросы ВЧ питания и инжекции являются основными. Использование ускоряющей структуры в виде со-осных парных резонаторов с ВЧ питанием от магнетрона через волно-водньм мост, подобный устройству предложенному в [30j , позволяет развязать генератор от резонансной нагрузки. При этом устойчивая и стабильная работа магнетрона обеспечивается без значительных потерь мощности.

Для получения приемлемого фазоэнергетического спектра пучка необходимо либо увеличивать число ускоряющих резонаторов, либо применить автоэлектронный СВЧ инжектор, предложенный в МИФИ В.Ф.Гассом [зх] . Расчет модели двухрезонаторного ускорителя с мостовой схемой питания от 1,5 МВт магнетрона и автоинжектором показал [28] , что средняя кинетическая энергия пучка на выходе равна 1,75 МэВ, импульсный ток пучка равен 0,5 А, ширина энергетического и фазового спектров составляет 0,4% и 10° соответственно, а электронный КПД ускорителя достигает 50%. Ускоритель на стоячей волне с такими выходными параметрами не уступает ЛУЭ на бегущей волне, но выгодно отличается от него малыми размерами и конструктивной простотой.

Необходимо отметить, что разработка двухрезонаторной ускоряющей структуры с мостовой схемой питания и создание автоэлектронного СВЧ инжектора-группирователя представляют собой две разные самостоятельные задачи.

Несмотря на весьма выгодные условия работы игольчатого автоэмиттера в СВЧ поле резонатора, на что указывали многие авторы [31,32] , экспериментальных работ в этой области известно мало. В настоящее время непосредственное использование работ по создаг-нвю автоэлектронного СВЧ инжектора, по-видимому, не представляется возможным. Если результаты стендовых испытаний подобных устройств изложены в [33-35^ , то экспериментальные данные по применению автоинжекторов-группирователей в ЛУЭ, на наш взгляд, в литературе отсутствуют. Работу в этом направлении необходимо значительно расширить.

Вместе с тем двухрезонаторная структура с мостовой схемой

ВЧ питания от серийного магнетрона и термоэлектронным инжектором представляется весьма перспективной для создания компактного и простого в управлении ускорителя для радиационных исследований в лабораторных и полупромышленных условиях. Область возможного применения - традиционная для энергий электронов 0,3-1,5 МэВ: радиационная химия, дефектоскопия, медицина, физика твердого тела [36,37] . Двухрезонаторная ускоряющая структура с мостовой схемой питания от магнетрона первоначально была предложена Б.З.Кан-тером [38] для использования в микротронах с целью получения большего прироста энергии на оборот, но не была реализована.

Перспективным, аналогично [27] , представляется применение двухрезонаторной структуры в качестве групшрователя в линейных волноводных ускорителях (ЛВУ) широкого применения с = I. Традиционной схемой ЛВУ, как известно, в настоящее время являются односекционные ускорители с питанием от магнетронов. Однако, уже появились предложенные в МРТИ И МИФИ многосекционные ЛВУ с синхронными системами питания каждой секции от отдельного генератора [2] . В МИФИ созданы две модели многосекционных ускорителей на бегущей волне в 10 см диапазоне длин волн, хорошо зарекомендовавшие себя при длительной эксплуатации в производственных условиях (модель У-13 ["39] ). Увеличение числа ускоряющих секций позволяет улучшить устойчивость работы ускорителя за счет стабилизирующего действия синхронизированных генераторов [40] , В качестве первой секции - сменного группирователя возможно применение двухрезонаторной структуры с мостовой схемой питания от магнетрона.

При проектировании УНК в ИФВЭ [41] в результате выбора между волноводным и резонаторным вариантом ускоряющих станций предпоч тение было отдано последнему. Ускоряющей структурой каждой станции являются парные цилиндрические резонаторы на виде колебаний Eqjq в диапазоне длин волн 1,5 м, питаемые ВЧ мощностью от усилителя через волноводный мост со связью по узкой стенке. Выбор этого типа моста обусловлен соображениями простоты конструкции, надежности и электрической прочности. Соединение плеч моста с узлами ввода мощности в резонаторы производится идентичными коаксиальными линиями, имеющими с плечами моста зондовую связь. Особенности конструкции, результаты вакуумных и радиотехнических испытаний ускоряющего резонатора, а также результаты исследований нескольких модификаций волноводного моста питания изложены в [42] .

В 10 см диапазоне длин волн для питания парных ускоряющих структур на основе бипериодических замедляющих систем (БЗС) применяют так же и мосты со связью по широкой стенке волноводов, обладающие своими конструктивными преимуществами [43] . Использование этого типа моста для питания двухрезонаторной ускоряющей структуры имеет существенные особенности, связанные с ее малым продольным размером (~10 см). Отметим, что разработка ВЧ системы подобного ускорителя может являться опорной базой и для создания ускорителей на основе БЗС.

Подводя итоги литературного обзора, можно сделать вывод, что комплекс вопросов по разработке и конструктивной реализации компактного двухрезонаторного ускорителя электронов с мостовой схемой питания является актуальной научной задачей.

Целью настоящей работы является разработка, создание и экспериментальное исследование двухрезонаторного ускорителя с термоэлектронным инжектором и мостовой схемой ВЧ питания от магнетрона; выработка рекомендаций по оптимальному проектированию узлов ВЧ систем ускорителей со стоячей волной и мостовой схемой питания.

Автор защищает конструкцию и результаты экспериментального исследования двухрезонаторного ускорителя электронов на кинетическую энергию до 1,3 МэВ и импульсный ток до 0,5 А, в том числе:

- результаты теоретического анализа стационарного режима работы магнетрона на систему парных ускоряющих резонаторов, позволяющие определить требования к параметрам и конструктивному выполнению узлов ВЧ системы ускорителя, обеспечивающие устойчивую и стабильную работу генератора;

- результаты экспериментального исследования направленных ответвителей со связью по широкой стенке волноводов, методику настройки и разработанную конструкцию волноводных мостов с устройством прецизионного согласования, предназначенных для использования в трактах высокого уровня мощности;

- компактную и технологичную конструкцию ускоряющей структуры - резонаторного блока, соединенного с плечами моста одним фланцем, которая обладает высоким шунтовым сопротивлением, допускает плавную регулировку коэффициента стабилизации частоты и в которой реализована высокая напряженность ускоряющего поля;

- результаты экспериментального исследования основных рабочих характеристик двухрезонаторного ускорителя электронов с мостовой схемой питания, позволяющие разрабатывать действующие установки такого типа;

- предложенные и апробированные на практике рекомендации по конструированию ВЧ систем компактных ЛУЭ со стоячей волной на основе БЗС и мостовой схемой питания, что позволяет существенно упростить конструкцию, технологию изготовления и настройку ускорителей этого типа (РЭЛУС-3).

Работа состоит из трех глав.

В первой главе обоснована структурная схема ускорителя, принятая к реализации, исходя из пунктов технического задания, проведен ориентировочный расчет нагрузки током в ускорителе по уравнению баланса мощности и продемонстрирована необходимость увеличения стабильности частоты генератора - серийного магнетрона. Проведено теоретическое исследование стационарного режима работы магнетрона на систему парных резонаторов, по результатам которого определены требования к ВЧ параметрам резонаторов и моста питания и к их конструктивной реализации для обеспечения необходимого увеличения стабильности частоты генератора. Проведен расчет продольной динамики частиц в ускорителе с учетом нагрузки током резонаторов по уравнению баланса мощности и электродинамическим методом. Определены продольные размеры ускоряющей структуры и, с учетом конструкции узла ввода ВЧ мощности в резонаторы, расположение магнитных фокусирующих элементов.

Во второй главе на основе анализа типов волн, существующих в области связи волноводного ответвителя по широкой стенке, предложена и экспериментально исследована методика его прецизионного согласования. Разработана и испытана на высоком уровне мощности технологичная конструкция оригинального волноводного моста ускорителя. Представлены результаты разработки, конструирования и настройки компактной и технологичной двухрезонаторной ускоряющей структуры с узлом ввода ВЧ мощности. Приведены результаты настройки и экспериментального исследования на низком уровне мощности импедансных характеристик разработанной ВЧ системы ускорителя, обеспечивающие условия устойчивой и стабильной работы магнетрона.

В третьей главе представлены результаты экспериментальной проверки работы магнетрона на ВЧ систему ускорителя, подтвердившие правильность расчетных, конструкторских и технологических решений, принятых при проектировании. Изложены результаты испытаний отдельных узлов ускорителя, в разработке которых принимал участие азтор: электронного инжектора, фокусирующих соленоидов, вакуумно-плотного БЧ окна. Приведена общая компоновка установки. Под руководством и при непосредственном участии автора осуществлен запуск, исследование рабочих характеристик компактного двухрезонаторного ускорителя с термоэлектронным инжектором и опытная эксплуатация установки.

В Заключении сформулированы основные результаты работы.

В Приложении рассмотрена возможность применения в резонатор-ном ускорителе автоэлектронного СВЧ инжектора и экспериментальные результаты испытания однорезонаторного автоинжектора на волновод-ном ЛУЭ на энергию 10 МэВ.

Заключение диссертации по теме «Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника», Смирнов, Игорь Александрович

Результаты работы докладывались на Всесоюзном семинаре по линейным ускорителям в МИФИ (1973 г.), на Всесоюзных совещаниях по линейным ускорителям в г.Харькове (1972, 1975 гг.), на третьем Всесоюзном совещании по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве в г.Ленинграде (1979 г.), содержатся в трех отчетах по научно-исследовательским работам и опубликованы в 9 статьях [56,58,63,70,76,83,89,97,983 . По материалам работы получено три авторских свидетельства [84,111,121] . В 1981 г. по результатам конкурса автор, в числе группы сотрудников МИФИ, был награжден Министерством ВиССО СССР и ЦК профсоюза работников просвещения, высшей школы и научных учреждений именной Почетной грамо~ той за лучшую научную работу "Создание компактных линейных ускорителей электронов со стоячей волной для народного хозяйства".

Результаты, полученные автором при разработке и исследовании ускорителя АРГУС, были использованы при создании в МИФИ под руководством профессора Собенина Н.П. ускорителя электронов РЭЛУС-3 на энергию 3,2 МэВ и импульсный ток до 200 мА. Применение предложенных в диссертации и апробированных на практике конструктивных решений явилось основой для изготовления двухсекционной ускоряющей структуры РЭЛУС-3 в виде единого паяного узла, что уменьшает втрое число вакуумноплотных соединений и упрощает эксплуатацию ускорителя. Волноводный 3 дб мост, основной узел системы ВЧ питания РЭЛУС-3, разработан и спроектирован лично автором и изготовлен под его руководством согласно авторскому свидетельству й 703877. Ускорители РЭЛУС и АРГУС - первые отечественные ускорители электронов со стоячей волной и мостовой схемой питания.

В заключение считаю приятным долгом выразить глубокую признательность своему научному руководителю и учителю доценту Милованову О.С. за большое внимание и помощь в работе. Я хочу поблагодарить с.н.с. Викулова В.Ф. за оказанную помощь и поддержку при проведении работы и ценные критические замечания при подготовке рукописи. Выражаю благодарность за помощь сотрудникам каф.8 МИФИ, совместно с которыми проводилась разработка, монтаж и запуск ускорителя АРГУС, в особенности Булыкину В.М., Егорову М.В. и Филатову А.Н. Хочу поблагодарить своих товарищей по работе, сотрудников РУЛ МИФИ, за помощь при оформлении диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан компактный двухрезонаторный ускоритель электронов с мостовой схемой ВЧ питания, обеспечивающий перестройку кинетической энергии пучка от 0,6 до 1,3 МэВ и регулировку импульсного тока пучка от 0 до 0,5 А и использующийся для научных исследований в области физики твердого тела. При создании ускорителя получены следующие основные результаты.

1. Проведен расчет нагрузки током, основанный на анализе баланса мощности в эквивалентной схеме резонатора с пучком, и получены нужные для расчета продольной динамики графические зависимости величин ускоряющих полей в резонаторах от мощности питания. На основе анализа частотных характеристик ускорителя показана необходимость увеличения стабильности частоты питающего генератора - серийного магнетрона.

2. Проведено теоретическое исследование стационарного режима работы магнетрона на систему парных резонаторов. Графоаналитический анализ полученных выражений определил требования к выбору и реализации ВЧ параметров резонаторов и моста питания для обеспечения увеличения стабильности частоты генератора.

3. Проведен расчет продольной динамики частиц в ускорителе с учетом нагрузки током резонаторов, по результатам которого определены линейные размеры ускоряющей структуры. Исходя из длины структуры, равной 9,4 см, и с учетом конструкции узла ввода ВЧ мощности в резонаторы, определено расположение магнитных фокусирующих элементов.

4. На основе анализа типов волн, существующих в области связи ответвителя, предложена и экспериментально проверена простая приближенная формула для расчета переходного ослабления та кого устройства.

5. Предложена и экспериментально проверена методика прецизионного согласования ( 1,05) волноводного моста, основанная на подавлении высших типов волн в области связи. Реализован и испытан на высоком уровне мощности мост ускорителя с оригинальным устройством согласования, обеспечивающий возможность регулировки в достаточных пределах величины переходного ослабления.

6. Разработана и реализована компактная и технологичная конструкция двухрезонаторной ускоряющей структуры, снабженная механизмом подстройки частот полостей. Выполнение узла ввода ВЧ мощности в резонаторы в виде одного фланца с двумя дроссельными зазорами прямоугольного сечения позволило изготовить структуру как единый паяный узел, уменьшить количество вакуумноплотных соединений и упростить сборку ускорителя.

7. Проведено экспериментальное исследование на низком и высоком уровне мощности разработанной ВЧ системы ускорителя, подтвердившее правильность расчетных, конструкторских и технологических решений, принятых при проектировании. Коэффициент стабилизации частоты генератора равен II при полосе захвата не менее 1,3 МГц и может быть увеличен до 15-20 при соответствующем уменьшении полосы захвата. Диапазон регулировки фазы коэффициента отражения составляет не менее ^0,08 (в отн.ед.), амплитуда поля в резонаторах при мощности магнетрона равной 1,2 МВт достигает 490-520 кВ/см.

8. При непосредственном участии автора проведены разработка и испытание отдельных узлов ускорителя. Реализована надежная в эксплуатации компактная конструкция магнитной фокусирующей системы с током до 200 А на основе двух соленоидов с обмотками из медной трубки с водяным охлаждением, термоэлектронного инжектора с оптикой Треневой и катодом из гексаборида лантана на импульсный ток до 7 А, сборного волноводного керамического окна "баночного" типа. Разработана компоновочная схема ускорителя и вспомогательного оборудования.

9. Под руководством и при непосредственном участии автора проведен запуск и исследование рабочих характеристик двухрезонаторного ускорителя электронов (АРГУС). Реализована устойчивая работа магнетрона при регулировке импульсного тока пучка от О до 0,5 А. Ускоритель обеспечивает регулировку кинетической энергии пучка от 0,6 до 1,3 МэВ, ширина энергетического спектра составляет 7-20$, максимальный электронный КПД равен 40$, темп набора энергии достигает 13 МэВ/м в зависимости от режима работы. Увеличение электронной нагрузки резонаторов снижает содержание "низко-энергетичных" частиц в спектре с 50-55$ до 30-40$ и уменьшает время установления стационарного режима. Длительная эксплуатация установки у Заказчика показала эффективность и надежность ускорителя.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Смирнов, Игорь Александрович, 1984 год

1. Глухих В.А. Ускорители заряженных частиц для промышленности и медицины. В кн.: "Труды пятого Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных части", 1л., 1978, т.2, с. 147-149.

2. Разработка линейных ускорителей электронов для широкого круга прикладных задач. Там же, с.181-185. Авт.: О.А,Вальднер, Б.В.Зверев, О.С.Милованов, Е.П.Собенин.

3. Рябухин 10.С., Ыальнов А.В. Ускоренные пучки и их применение.-IL: Атомиздат, 1980. 192 с.

4. Лебедев А.Н., Шальнов А.В. Основы физики и техники ускорителей. 1л.: Энергоиздат, 1981, т.1 - 192 с.

5. Вахрукш 10.П., Тлршх В.А., Свииьин И.П. Ускорители для промышленности и медицины :: перспективы их развития в XI пятилетке. В кн.: "Труды седьмого Всесоюзного совещания по ускорите лягл заряженных частиц", Дубна, 1981, т.1, с.23-31.

6. Абрамян Е.А. Промышленные ускорители электронов мегавольтового диапазона. В кн.: "Доклады третьего Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряженных частиц з народном хозяйстве", Л., 1979, т,1, с.37-50.

7. Панасюк B.G., СаМошенкоз 10.К., Сиыановсккй 1.1.Ф. Малогабаритный импульсный высокочастотный! одиорезонаторный ускоритель электронов. "Приборы и техника эксперимента", 1983, Ь 4, с. 31-33.

8. Резонаторный ускоритель электронов. В кн.: "Доклады третьего Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряжен-ыых частиц в народном хозяйстве", JI., IS79, т.1, с.286-290. Авт.: А.Д.Григорьев, С.А.Иванов, Г.Н.Петров, Г.Н.Платонов, С.Г.Семенов.

9. Однорезонаторный ускоритель электронов. "Приборы и техника эксперимента", 1939, с.23-25. Авт.: Р.Г.Каминская, B.JI. Каминский, В.В.Осипов, Г.А.Уралов, Ю.Г.Юшков.

10. Линейные ускорители ионов / Д.В.Каретников, И.Н.Сливков, В.А. Тепляков, А.П.Федотов, Б.К.Шембель/.- Ы.: Госатомиздат, 1962,- 208 с.

11. Вальднер О.А., Власов А.Д., Шальнов А.В, Линейные ускорители.- Li.: Атомиздат, 1969. 247 с.

12. Векслер В .К. Новый метод ускорения релятивистских частщ. -"ДАЛ СССР", 1944, т.43, с.346-348.

13. Капица С.П., Мелёхин В.И. Микротрон. М.: Наука, 1969,- 211с.

14. Ш(1ь вл Miltion-Soft Resonant-СвЩ- Ясс. !£££. 1950, 97(111), Га 50, p.425-437.

15. Милованов O.C., Щедрин И.С. Исследование работы магнетрона на резонансную камеру. В кн.: "Ускорители", вып.5, Н., Гос-атомиздат, 1963, с.146-155.

16. Кольман. Конструирование и оценка ребатрона для диапазона 10 см. В кн.: "Миллиметровые и субмиллиметровые волны". -М.: "Иностранная литература", 1959, с.344-355.

17. Кольман, Серкис. Гармодотрон прибор, использующий гармоники пучка и высшие типы волн для генерирования миллиметровых и субмиллиметровых колебаний. - Там же, с.356-358.

18. Ананьев В.Д., Капица С.П., матора И.Ы. микротрон инжектор на 30 шэВ для ИБР. - "Атомная энергия", 1966, т.20, вып.2, с.106-109.

19. Басов Н.Г., Богданкевич О.В., Девятков А.Г. Оптический квантовый генератор на кристалле с возбуждением быстрыми электронами. "Журнал экспериментальной и теоретической шизики", 1964, т.47, в.4(10), с.1588-1589.

20. Ускоритель с предварительной группировкой электронов для возбуждения полупроводниковых лазеров. "Журнал технической физики", 1971, т.Х I, в.З, с.611-616. Авт.: 0.В.Богданкевич,

21. A.Н.ЗахароваЩ.Опихов, Д .Ы.Петров, Г.А.Самородова.

22. Ишков А.П. Авторезонансное ускорение релятивистских электронов. Там же, с.607-610.

23. Лебедев А.Н., Шальнов А.В. Основы физики и техники ускорителей. ы.: Энергоиздат, 1983, т.З - 199 с.

24. Исследование возможностей улучшения энергетического спектра в ЛУЗ, работающих в режиме запасенной энергии. В кн.: "Ускорители", вып.19, гл., Атомиздат, 1980, с.46-55. /шт.:

25. B.А.Будкин, В.Д.Данилов, В.П.Козлов, В.И.Ращиков.

26. Исследование предгруппирующих систем сильноточного ЛУЭ.- В кн.: "Вопросы атомной науки и техники". Серия "Линейные ускорители", вып.1(1), Харьков: ХФТИ, 1975, с.45-46. Авт.: В.М.Вецко,

27. В.А.Володин, В.Н.Гусаров, В.И.Ращиков.

28. Бойко В.А., Воронков P.m., Даниличев В.А. Низковольтная пушка с резонатором для формирования сгустков электронов в линейном ускорителе. "Журнал технической физики", 1974, ХЫУ, в.4, с.888-891.

29. Викулов В.Ф., Пилованов О.С. Резоиаторный ускоритель электронов. В кн.: "Ус кори т ели", вып.УШ, ш. Дтотлиздат, IS66,c .57-60.

30. Викулов В.Ф., Ппловаиов О.С. Высокочастотная система резона-ториого ускорителя электронов. Там же, с.61-66.

31. А.с. I55I82 (СССР). Кантер Б.З. Устройство для питания резонансного линейного ускорителя от магнетронного генератора. -Опубл. в Б.И., IS63, й 12.

32. Гасс В.Ф. Инжектор-групппрозатель для линейного ускорителя электронов. В кн.: "Ускорители", вып.1У, М., Атомиздат, IS62, с.29-39.

33. Ееиакаливаемые катоды. Под ред.Елинсона М.И. III.: Советское радио, 1974. - 335 с.

34. Гасс В.®. Экспериментальное измерение выходных параметров пн-жектора-групппрователя. В кн.: "Ускорители", вып.У1, П., Атомиздат, 1954, с.51-55.

35. Гасс В.Ф. Измерение фазовой протяженности электронного сгустка, получаемого в инжекторе-группирователе. Татя же,стр.55-61.

36. Автоэлектроная пушка для литейного ускорителя электронов. -"Приборы и техника эксперимента", 1971, I, с.44-46. Авт.: Б. 10.Богданович, Р.П.Воронков, В.Ф.Гасс, В.А.Даниличев.

37. Чепелъ Л.В. Применение ускорителен электронов в радиационной галлии. Ы.: Атомиздат, IS75, - 151 с.

38. Кантер Б.З. Двухрезонаторная ускоряющая система. В кн.: "Электронные ускорители", Ы., Атомиздат, 1966, с.192-200.-16239. Лишенный электронный ускоритель У-13 на энергию 10 1,1эВ. -"Атомная энергия", 1970, т.29, вып.2, с.140-141. Авт.:

39. О.А.Вальднер, О.С.Милованов, В.А.Останин, Е.Г.Пятнов, Н.П.Со-бенин, И.А.Смирнов, л.С.Щедрин.

40. Бахрушин 10.П., Вальднер О.А. Линейные волноводные ускорители электронов для промышленности и медицины. В кн.: "Доклады третьего Всесоюзного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве", Л., 1979,т.I, с.157-168.

41. Разработка.ускоряющей системы УНК. В кн.: "Труды седьмого Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц',1 Дубна, 1981, т.2, с.И-13. Авт.: Б.К.Шембель, Э.Н.Бутряков, Э.А.Дуд-ковсккй, В.В.Нташов, .В.В.Каталёв, К.А.Евашонкин, Б.В.Корзов,

42. В.Г.Кудрявцев, С.А.Кузнецов, П.П.Степанов, П.й.Сулыпш, Г.Д. Тихонов, Н.А.Харечкин, К.М.Шалашов, О.А.Вальднер, Э.С.Масунов, С.В.Иванов.

43. Кантер Б.З., Юшков Б.Г. Конструкция п характеристики микротрона на энергию 5 МэВ.- "Приборы и техника эксперимента",1964, J3 4, с.28-31.

44. Степаичук В.П. Микротрон. В кн.: "Электронные ускорители", I.I., Лтоынздат, 1964, с.187-191.

45. Ярр&'ес/ fifyUe*" /0*3, К /2J УЗ p. <??? -3Z5.

46. К&г.шпскпй В.Й., Ыилованов О.С. Применение феррнтовых развязок в схемах питания резонансных ускоряющих секций. В кн.: "7скоритоли", вып.19, М., Атомиздат, 1980, с.34-38.,

47. Отчет по IMP. Продольная и радиальная динамика в резонаторном ускорителе. Ы., 1лПФН, 1974. 33 с. Авт.: К.П.Собешш,З.Я. Школьников, 0.С.Ыилованов, П.А.Смирнов, В.Ф.Викулов, А.Е.Но-вошьлоз, В.К.Шилов, А.Н.Филатов, Б.Н.Майоров.

48. Баев З.К., Гас с В.Ф. Динамика частщ в цилиндрическом резонаторе, возбуждаемом на волне типа EgiO'В хш.: "Ускорители", выи.У1, I,i., Атомиздат, 1964, с. 43-50.

49. Шембель Б.К. Ток холостого хода ускорителя. "Атомная энергия", 1967, т.23, вып.4, с.285-289.

50. Федотов А.П., Шембель Б.К. Резонатор линейного ускорителя как нагрузил высокочастотного генератора. "Радиотехника и электроника", 1961, т.У1, 1, с.108-116.

51. Курин Е.П. Стабилизация и регулирование высокочастотных полей в линейных ускорителях ионов. ы.: Атомпздат,1871.-333 с.

52. Гасс В.Ф., шловапов О,С., Смирнов И.А. Стабильность выходных параметров инжектора-группирователя. В кн.: "Ускорители", вып.ХП, ГЛ., Атомиздат, 1970, с.179-185.

53. Лебедев II.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа, 1970, т.1. - 440 с.

54. Ыплованов О.С., Смирнов И.А. Стабильность выходных параметров резонаторного ускорителя Ю см диапазона. -В кн.: "Ускорители", вып.ХШ,, Атомиздат, 1974, с.67-70.

55. Экспериментальное исследование линейного ускорителя У-10.

56. П. Рабочие характеристики. В кн.: "Ускорители", вып.У, U., Атомиздат, 1963, с. 108-123. Авт.: О.А.Вальднер, А.А.Глазков, . Е.Г.Пятнов,.В.Д.Селезнев.

57. Горюнов А.А., Пятнов Е.Г., Финогенов А.П. Экспериментальные характеристики линейного ускорителя с плавной регулировкойэнергии от 1,4 до 2 1ЛэВ. В кн.: "Ускорители", вып.УП, М., Атоглиздат, 1965, с.66-76.

58. S totbeh. W, Зеъ З-с/В ttopp&l. -tf Fief«e*Z 8а"/960, £.

59. Бычков С.К., Буренин Н.К., Сатаров Р.Т. Стабилизация частоты генераторов СВЧ. М.: Советское радно, 1962. - 376 с.

60. Мпловапов О.С., Смирнов II. А. Стационарный решш работы магнетрона на систему парных ускоряющих резонаторов. В кн.:"Вопросы атомной науки и техники". Серия "Линейные ускорители", вып. К2), Харьков: ХФШ, 1976, с.40-42.

61. Половков И.П. Стабилизация частоты генераторов СВЧ внешним объемным резонатором. Ы.: Советское радио, 1967. - 192 с.

62. Лебедев К.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа, 1972, т.2. - 376 с.- -/6f>

63. Основы использования магнетронов. Под ред.Попова 10.Н. -Ы.: Советское радио, 1967. 333 с.

64. Отчет по НИР. Исследование работы линейного резонаторного ускорителя электронов на энергию 1,5 МэВ и ток 0,5 А/шли. ГЛ., 1ШЛ, 1977. 67 с. Авт.: Ы.П.Собенин, О.С.Милованов, Э.Я.

65. Школьников, И.А.Смирнов, В.Ф.Внкулов, В.М.Булыкин, Е.Е.Львов.

66. Учет нагрузки током пучка в резонаторном ускорителе на небольшую энергию. В кн.: "Ускорители", вып.НУ, М., Атомиздат, 1975, с.32-34. Авт.: З.С.Масунов, О.С.Милованов, В.И.Ращиков, И.А.Смирнов.

67. Козлов В.П. Некоторые вопросы поперечного движения и фокусировки электронов в линейных ускорителях па малые и средние' энергии. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1973. - 143 с.

68. Власов А.Д. Теория линейных ускорителей. М.: Атомиздат, 1965, - 307 с.

69. Тренёва С.К. Электронные пушки для формирования сплошных и полых конусообразны:: потоков с большой плотностью тока. -"Радиотехника :: электроника", 1957, т.2, 7, с.925- 934.

70. Альтман Дд.Л. Устройства сверхвысоких частот. Пер.с англ. под ред.Лебедева И.В. П.: мир, 1968. - 487 с.

71. Каминский В.И. Исследование системы высокочастотного питания линейного ускорителя электронов со стоячей волной. диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Ы., 1980. - 227 с.

72. Вальдкер О.А., Пплованов О.С., Собеиин Н.П. Техника сверхвысо-1СИХ частот. Учебная лаборатория. Ы. :Атомиздат, 1974. - 230 с.

73. Пат.2833993 (СМ). Гибридные соединения по широкой стенке. Риблет Г.Д. гл.333-11, 1952.

74. Ковалевская Р.Е., Чекмарева А.А. Конструирование и технология вакуумноплотных паяных соединений. -Ы.:Энергия,1968. -208 с.32. faQiteb IV. in Lettunger? Ог/6 Leltetu? bec/r^cfci^es?б/иеЫсбтШ- л /?.£.Zr "/96gf 22, /&-/SS.

75. Милованов O.C., Смирнов И.А. Согласующее устройство волновод-ного щелевого моста со связью по широкой стенке. -"Известия вузов СССР". Серия "Радиоэлектроника",1981,т.5,с.7Ф-76.

76. Проект ЛУЭ на стоячей волне с регулируемой энергией для промышленных целей. -Б кн.: "Ускорители", выи.16, М., Атомиздат, 1977, с.5-7. Авт.: А.А.Завадцев, Б.В.Зверев, Е.Н.Нечаев, Н.П.Собенин.

77. Vhgctine У. Л. Stano/t/тй Wave acce&batob stbuctuie, — м IEEE о/? /Рнс/еа*. Sct'eice*мз, /0M-/OU.

78. А.с. 310320 (СССР). Картолинская А.А., Лашин Л.м., Парижская Г.Н. Узел соединения волноводов. Опубл.в Б.Е.,197123.

79. Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот. Учебное пособие для вузов. М.: Атомиздат,1980. - 464с.

80. Заворотыло В.Н. Возбуждение высокочастотных колебаний и ускорение частиц в линейных ускорителях электронов со стоячей волной. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - 1:1., 1979, - 208 с.

81. Ынлованов О.С., Шальноз А.В. Определение устойчивости работы магнетрона на частотно-зависимую нагрузку типа высокочастотного тракта линейного ускорителя электронов. -В кн.: "Ускорители", выи.1У, Ы., Госатомпздат, 1962, с.86-94.

82. Горбатов B.C. Экспериментальное исследование внутрнимпульсной нестабильности энергии и тока пучка ЛУЭ па малые энергии. Диссертация на соискание ученой степени кандидата техниче--- TQ7P - ТО^

83. UXUiA. JTiCiJIV,. — i:i . , — <J I О- • J-^O w.

84. Гояоровский E.G. Радиотехнические цепи и сигналы. П.: Советское радио, 1971. - 671 с.

85. Молоковский С.И., СушкоЕ А.Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. М.: Энергия, 1972. - 271 с.

86. Испытание инжектора с автоэмиссионным катодом на ускорителе.- "Приборы и техника эксперимента", 1974, № 4, с.18-20. Авт.: Р.М.Воронков, В.Ф.Гасс, В.А.Даниличев, И.А.Смирнов.

87. Львов Е.И., Монахов В.А. Источник сильноточного питания фокусирующих систем. В кн.: "Ускорители", вып.18, М., Атомиз-дат, 1979, с.36-40.

88. Штеффен К. Оптика пучков высокой энергии. М.: Иностранная литература, 1969. - 240 с.

89. Коломенский А.А., Лебедев А.Н. Теория циклических ускорителей. -М.: Госиздат физ.-мат.литературы, 1962. 352 с.

90. Завадцев А.А., Зверев Б.В., Собенин Н.П. Исследование электрической прочности ускоряющих структур. В кн.: "Теория, расчет и экспериментальные работы по ускорителям заряженных частиц", М., Энергоиздат, 1982, с.83-87.

91. Степнов В.В. Расчет характеристик линейного ускорителя электронов со стоячей волной на основе модели связанных контуров.- Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1983. - 191 с.

92. Викулов В.Ф. Экспериментальное исследование нестабильности параметров ЛУЭ на малые энергии с ВЧ питанием от взаимно-синхронизированных магнетронов. Диссертация на соисканиеученой степени кандидата технических наук. -М., 1978. 210 с.

93. Линейный ускоритель электронов с прецизионными параметрами пучка. Там же, с.З. Авт.: Ю.П.Бахрушин, В.М.Николаев, А.В.Рябцов, Ю. А. Свис тунов, 10. П. С ев ерши, В.Л.Смирнов.

94. Гасс Б.Ф., Шлованов С.С., Смирнов И.А. Применение инжектора- группирователя в ускорителе на 30 МэВ. "Известия вузов

95. СССР". Серия "Радиоэлектроника", 1973,т.I, с.Ю^Ю7.

96. А.с. 329869 (СССР). Богданович Б. 10., Гасс В.Ф., Смирнов И.А. Электронный инжектор. Опубл. в Б.П., 1973, J3 4.

97. Богданович Б. 10,, Гасс В.Ф., Смирнов И.А. Электронный инжектор с пассивными резонаторами. -В кн.: "Ускорители", вып.18, 1Л., Атомиздат, 1979, с.7-12.

98. ИЗ. Елинсон М.И., Горьков А.В. Некоторые особенности работыавтоэлектронных катодов в электрических полях СВЧ. "Радиотехника и электроника", 1961, т.6, В 2, с.336-339.

99. А.с. 137545 (СССР). Елинсон М.И., Горьков А.В. Устройство для генерирования кратковременных электронных пакетов.

100. Опубл. в Б.И., 1961, JS 8.

101. BQUC and app&eot ФЖе* cj- fietc/ею/б^ол atmcwa/e f^uencU-i Кос. /943, Z Sf, V^ 99/-/00*

102. Avt. : EMC/?abSo/?me>L/ J- P. I. F. GaMett W.R^e.

103. Стабильность выходных параметров инжектора-группирователя. -"Известия вузоЕ СССР". Серия "Радиоэлектроника", 1971, т.ХГУ, гё Ю, с.II50-II55. Авт.: Б.Ю.Богданович, В.Ф.Гасс, О.С.Мило-ванов, И.А.Смирнов.

104. Алешин Е.Р., Щедрин И.С. Сравнительные характеристики электронных ускорителей на малые энергии. В кн.: "Ускорители", вып.19, М., Атомиздат, 1980, с.П-24.

105. Орлов А.К. Анализ динамики частиц в линейном ускорителе для электронной микроскопии. В кн.: "Труды седьмого Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц", Дубна, 1981,т.2, с.248-250.

106. Орлов А.К. Динамика частиц в автоэмиссионной ВЧ-пушке. В кн.: "Вопросы атомной науки и техники". Серия "Техника физического эксперимента", вып.1(3), Харьков: ХФТИ, 1979, с.19.

107. Поляков В.А. Анализ выходной яркости пучка автоэлектронного ВЧ-источника. В кн.: "Теория, расчет и экспериментальные работы по ускорителям заряженных частиц", М., Энергоиздат, 1982, с.34-38.

108. А.с. 878129 (СССР). Смирнов И.А. Щелевой мост. Опубл. е Б.И. 1982, is 16.-