Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Принцип работы и блок схема индукционного ускорителя

Для получения интенсивных пучков с энергией электронов масштаба 10¸100МэВ ускорители прямого действия не годятся. Для решения этой задачи немецкий ученый А.Боуверс в 1923 году предложил принцип индукционного ускорения заряженных частиц,  однако реализация такого подхода была осуществлена спустя сорок лет, когда уровень развития физики и техники позволил достичь необходимой величины ускоряющего поля. Первые линейные индукционные ускорители были созданы в начале шестидесятых годов в США под руководством Н. Христофилоса (ускоритель «Астрон») в связи с работами по управляемому термоядерному синтезу и в СССР под руководством академика В.И.Векслера (ускоритель ЛИУ-3000) для реализации коллективного метода ускорения.

Принцип работы ЛИУ заключается в одновременном создании в каждой секции ЛИУ ускоряющей электроны пучка ЭДС индукции за счет преобразования напряжения в импульсном трансформаторе с ферромагнитным сердечником. Тогда суммарная добавка энергии электрона пучка, полученная им после прохождения N ускорительных секций, будет:
,              (7.1)
где S- площадь сердечника, B- магнитное поле в нем.

Подпись:    Рис. 7.1. Схема ЛИУ. 1 - ферромагнитный сердечник, 2 - импульсный генератор, 3 - источник питания генератора, 4 - первичная обмотка, 5 - вторичная обмотка с разрывом (ускоряющий промежуток).

Порядок работы такого ускорителя следующий. Вначале источник питания (см. схему на рис. 7.1.) заряжает емкости импульсных генераторов всех секций ускорителя. В каждом отдельном генераторе эти емкости вместе с индуктивными элементами составляют неоднородную формирующую линию, при разряде которой на первичную обмотку импульсного трансформатора в разрыве его вторичной обмотки формируется ускоряющее поле. Подбирая параметры неоднородной формирующей линии, необходимо сформировать в первичной обмотке трансформатора импульс напряжения заданной формы.

Эта форма с учетом  нелинейности импульсного трансформатора на коротких временах, нагруженного на ускорение тока пучка заданной величины, должна обеспечить создание уже во вторичной обмотке трансформатора квазипрямоугольного  импульса ускоряющего напряжения. Эта задача решается вначале с помощью аналитических, а также численных методов расчета формирования импульса в неоднородной линии, а затем более точная настройка линии производится на стендах и непосредственно на ускорителе. Кроме этого параметры неоднородной линии должны быть подобраны так, чтобы обеспечить максимальный кпд преобразования энергии, запасенной в линии, в энергию ускоренного электронного пучка, поскольку при частотном режиме работы такого ускорителя  даже незначительные потери энергии приводят к сильному разогреву систем ускорителя.  

Исходя из принципов работы ЛИУ, его основными преимуществами являются:

  • отсутствие ограничений, связанных с полным приложенным ускоряющим напряжением, поскольку суммирование происходит только в области ускорительного тракта,
  • высокий кпд ускорителя, достигающий 70%,
  • высокая частота повторения импульсов, а также хорошая повторяемость параметров пучка,
  • высокая надежность.

На рис. 7.2 приведена конструкционная схема секции из 6 индукторов одного из ЛИУ. По центру этой секции проходит цилиндрическая вакуумная камера, в которой транспортируется электронный пучок. Сечение пучка задается плоскими кольцевыми диафрагмами, которые защищают ускоряющие разрывы во вторичной обмотке от попадания рассеянных электронов. 

Подпись:    Рис.7.2. Вид линейного индукционного ускорителя в разрезе.

Приведем основные параметры созданных в семидесятых годах ЛИУ с ферромагнитными сердечниками.

Инжектор «Астрон» (США, Ливермор) : энергия электронов – 4.2МэВ, ток пучка 800А, длительность - 300нс, частота повторения 60Гц, разброс по энергии менее 2%, эмиттанс -70см/рад.

ЛИУ -5/5000 (СССР, Москва)   энергия электронов – 5 МэВ, ток пучка 5000А, длительность -50нс, частота повторения 1Гц.

ЛИУ «Силунд» (СССР, Дубна): энергия электронов – 3МэВ, ток пучка 2000А, длительность -20нс, частота повторения 50Гц, разброс по энергии 2%. В настоящее время наибольшие параметры для ускорителя с ферромагнитными сердечниками достигнуты на ускорителе ATA (Advanced Test Accelerator Lawrence Livermore Laboratory USA), который используется в экспериментах по транспортировке самофокусированных электронных пучков, а также в качестве драйвера для ЛСЭ. Энергия электронов -50МэВ, ток пучка – 10кА, длительность -70нс, частота повторения 5-10000Гц, средний темп ускорения 0.59МэВ/м.

Дата публикации:2012-10-20

Просмотров:1952

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.