WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«Ю. П. Бахрушин СИЛЬНОТОЧНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ УСКОРИТЕЛИ (ЛИУ) С ФЕРРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ Ленинград 1975 Государственный комитет по использованию атомной анергии СССР ...»

*Н И И Э Ф А

ПРЕПРИНТ В-О244

Ю. П. Бахрушин

СИЛЬНОТОЧНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ

УСКОРИТЕЛИ (ЛИУ) С ФЕРРОМАГНИТНОЙ

ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ

Ленинград 1975

Государственный комитет по использованию

атомной анергии СССР

Научно—исследовательский институт

электрофизической аппаратуры

имени Д. В. Ефремова

Ю. П. Бахрушин

СИЛЬНОТОЧНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ

УСКОРИТЕЛИ (ЛИУ) С ФЕРРОМАГНИТНОЙ

ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ

Ленинград 1878 УДК 621.384.64 М-28 АННОТАЦИЯ Вахрушва Ю.П. Сяльноточные лввейвые ввдухпжовяые ускорвтеля (ЛИУ) с ферромагввтаой авдукавояаой састемой .

Препрввт В-О244. Л.. НИИЭФА, 1976, 32 стр., с ж л л., дева 18 коп .

Линейны* ввдукияоняые ускорители (ЛИУ) представляют собой одво вз ваправлеввй в техввке получавав ввтевсвввых пучков релятвввстсквх мектровов. После запуска первых ускорвтелей «того тмил а сервдвве шестидесятых годов в ряде лабораторий, в том числе в в НИИЭФА им.Д.В. Ефремова, велась интенсивные разработка ЛИУ, раэвхвалась вх теорва, получен большой экспериментальный матервал. В данной работе яа осаове авалвза вакопленного теоретвческого в вксперимеятальвого материала опрвделевы возможные эваченна основных параметров ЛИУ с ферромагнитной авдухпаоявой састемой. Получеввые в работе давные о возможностях ЛИУ помогут ясследователхм а яредстажвтелям промышленности определять место ускорвтелей «того тала в ряду других ускорительных установок .

ABSTRACT VacnniBHin Yu.P. High-Curreat linear Induction Accelerators (LID) with a Ferromagnetic /Induction System. Preprint B-0244. L..HIIBPA, 1975i 32 pages, with ill., price 15 cop .

Linear induction accelerator* are one of the trends in production technique of intense* relativiatic electron beams. After the atart-up of this type first accelerators in the middle of 60-a * number of laboratories aa wall as D.V.Efremov Scientific Research Institute of Electrophysical Apparatus conducted intense deTelopments of LIU and.their theory and obtained extensive*experimental data. In this work possible values of a ferromagnetic induction system LIU main parameters are determined on the basis of obtained theoretical and experlnental data analysis. Data on LIU possibilities obtained is the work will assist to investigators and industry representatives to understand fully the role of this type accelerators among other accelerating installations .

С НИИЭФА, 1975 ОГЛАВЛЕНИЕ Стр .

В в е д е ни е............. 8

1. Длительность а форма импульсе ускоряющего жалражеаиа В

–  –  –

в. Ускорители, раэработаявые в НИИЭФА ям.Д.В.Ефремова.. 21 Литература.. 31 В статье, посвященной будущему наука [1±, академик М.А.Марков, подводя итоги развитая микрофизики, отмечал, что наряду с непрерывным развитием фианхи высоких анергии развевается фвэвка пучков относительно низких энергии, но высоких иитенснвностей, которые выают почтя б а с предельвые возможности практических применение в технике; медицине, народном хоая1стве .

В атом влахе представляет интерес одно в» направлений в технике получения интенсивных электронных пучков - создание сильноточных лннейяых индукционных ускорителей (ЛИУ) (_2J .

Прввцнп действия ЛИУ отвосктельно прост в заключается s том, что при ввмеаенвх магнитного потока в торовдальвом алемеите (ввдухтора) в соответствхх с яржважпом ап«хтроиагяятжо* яядухяхя воэвккаат аиектрячаскоа пол«, которое может быть вспольаовсхо жла ускореввя зараженных частш, ржс .





1. Последовательны* ряд ха таких тороидальных элементов о б разует так называемую хндукшюннув систему, в которой первичные обмотка индукторов соединены параллельно, а вторичные, роль которых выполваат ускоряемый пучок.-поспедовательно, рис.2. При ускорении в такой с и с т е ме частицы пучка приобретают «зергию, соответствующую сумме напряжений нл первичных обмо тках» Лагко видать, что увеличена» энергии достигается простым нарашкваввам числа нндужторо», а ускоряющее пол* распределено вдоль системы, что отличает ускорителя типа ЛИУ от других трансформаторных установок и, в принципе, позволяет создать ускорители на сколь угодно большую энергию. Напокгао, что верные ускорителя «того типа были запушены в середине шестидесятых годов в СССР и США в с в я зи с исследованиями в облаотд управляемого термоядерного синтеза • коллективного метода ускорения / 3, 4 j. Эксплуатация первых ускорителей этого типа показала, что весьма простой метод ускорения, иржмаямиый в нах в позволяющий при коэффициенте полезного действия в десятки процентов получать релятивистские пучки электронов в сотни н тыоячн амнер, является перспективным. В этоЗ связн в последующие годы как в СССР, так н за рубежом проводятся работы по сооружению ускорителей «того типа [ 2 J. К настоящему времени эксплуатируются или находятся в раэличной стадии сооружения свыше десятк ускорителей на различные параметры, табл.1 .

•w»

–  –  –

Очевидно, что основные параметры ускорителей зависят прежде всего от свойств индукторов. И в «rot свазя все яряведениые в табл.1 ускорителн можно разбить на две группы. К первой, наиболее многочисленно*, относятся ускорителя, в которых в индукционной системе использованы ферромагнитные сердечники. Ко второй группе относятся ускорители, в которых индукционная скстема выполнена б е з применения ферромагнитных материалов. В ускорителях второй группы для получения достаточных по величине ускоряющих полей ток в первичной обмотке индукторов должен иметь порядок мегаампер- при длительвостк импульса с 1ОО нсек. Коммутировав»е С тохов мегаампеоиого диапазона в наяосекундном диапазоне при современном состоянии техники возможно с помошыо разрядников, имвжмцях ограниченное А

•пело срабатываний (1О « 1О ) импульсов. Отсюда очевидно, что эти ускорителя целесообразно использовать при ускорении пучков в сотен килоампер в режиме разовых посылок .

В ускорителях первой группы применение ферромагнетика позволяет уменьшить значение тока в первичной обмотке не менее чем на три порядка. В этом случае становятся возможным использовать для коммутирования токов промышленные приборы, например тиратроны, я осуществлять ускорение пучков в сотня я тысяч», ампер в широком диапазоне частоты повторения импульсов и в значительно более широком янтервале длительностей импульса. Дальнейшее изложение будет ограничено рассмотрением ЛИУ с ферромагнитной индукционной системой, которые обещают найти широкое применение как для исследований в различных областях физики, так и для технических целей .

Параметры ЛИУ с ферромагнитной индукционной системой в значительной степени связаны с характеристиками ферромагнетика. В принципе, могут быть использованы как магиитомягкие сплавы, так я ферриты .

В процессе разработки индукционных систем в НИИЭФА им.Д.В.Ефремова провидены подробные нсследованни ферромагнитных сердечников на целого ряда магиктомигких сплавов. С одной стороны, эти исследования показали, что, хотя индукционную систему в первом прибляженяи можно рассматривать как последовательный ряд ОДКОВИТЕОВЫХ импульсных трансформаторов! применение теория импульсных трансформаторов не дает удовлетворительного результата для режимов работы, свойственных ЛИУ .

С другой стороны, полученные данные свидетельствуют о возможности использования для расчета яндуквионной системы теория импульсного перемагнячивання и позволили выявить основные параметры, которые могут быть достигнуты для ЛИУ. Аналогичные результаты была получены и з ла магынтомагких ферритов. Для иллюстрации на рис.3 показаны петля леремагннчиваяия дла сердечника из ленты сплава 5ОНП в зависимости от с т е пени предварительного размагничивания пра длительности церемагинчмваюшего вмкульса • 5ОО веек .

L .

ИИ»———

–  –  –

Данные, получеавые пра всюлеаоваиив магнвтомягквх ыатервалов, вадуковонных сметем в систем формирования, а также опыт, накопленный в процессе сооруждния s вксплуатвпвв ЛИУ, поэволают дать характеристику пераметров как самого ускоратвла, так в ускоряемого пучка алехтровоа .

1. Длительность и форма нмпульса ускоряющего аапряжеияа Дла ЛИУ характерен видеоимпульсны» режим работы. Как правило, в существующих ускорителях импульс ускоряющего напряжения имеет плоскую вершаву. Однако в случае «еобходвмоста может быть сформирован импульс ускоряющего напряжения, форма которого изменяется по заранее заданному закону .

Характерно! особенность» ЛИУ является то, что сама ив аукционная система обладает формирующими свойствами. Она представляет с а б о ! нелихеииое сопротивление, характеристика которого является фувковев свойств я объема ферромагнетика в, что особенно важно, величины тока 1O размагничивания. Следует отметать, что пучок заряженных частип является своеобразным генератором тока к параметры ямпульса напряжения оказываются связанными с параметрами ямпульса тока пучка .

На рис.4 приведены осциллограммы импульсов тока пучка на коллекторе я напряжения на первичной обмотке индукторов, полученные на ускорителе ЛИУ-О.7Я/25О [в]' «отори* иллюстрируют указанную связь между формой импульсов тока и напряжения .

–  –  –

Ряс.4.

Форма импульса напряжения на первичной обмотке индукторов в зависимости от степени синхронизации с импульсом тока пучка на коллекторе:

1 - импульс напряжения; 2 - импульс тока Надо иметь в виду и то обстоятельство, что при ускорена* в ЛИУ интексивньгй электронный пучок взаимодействует с периодяческой структурой индукционной, системы, вследствие чего возбуждаются электрические поля, искажающие OCHOBI oe ускоряющее поле. Это явление пока изучено еще недостаточно и требует специального теоретического и экспериментального исследования .

Длительность импульса ускоряющего напряжения в ЛИУ принципиально может быть любой. Однако рос_т поперечного сеченая сердечника индуктора при увелвченви длительности импульса свыше нескольких микросекунд приводит к таким размерам индукционной системы, прв которых вес ферромагнитного материала сердечников становится неприемлемо большим. При длительности импульса меньше 1О нсек потерн энергии на перемагничивание сердечника достигают величины, при которой использование ферромагнетика в ускорителе становится малоэффектявным. На рже.5 приведены значения кажущейся магнитной проницаемости *»"• РМ* М/^ х д & /М'ц И' магнитомягких сплавов в ферритов. При этом принято, что для сплавов коэффициент заполнения, сердечника - 0,7, • для ферритов 4 - 1,

–  –  –

Рас.8. Эаввоамость кажущейся магавтной ярокяпаамостк от длатсльвоств вшцгльса На рвс.8 ванасавы аксперямеятальные дажхыа, получеисьге крв длительвостах импульса SOO, 2SO м 18О жсак. Ддс сплавов нанесены также расчетвые крввые, которые в области 18D + 8ОО асах хорошо совпадают с аксперамавтальвымв. Иа крввых следует, что значение М'^ резко сввжается с уменьшением длительности импульса. Иа вркведаввых лавяых также следует, что прв длвтальвоств импульса, большая 1ОО ясак, жрадвочтавва следует отдать магвитомягким сплавам, а ара длвтальвоета, меньшая 1ОО веек, значения Л/ для сплавов в фарратов стажоввтея прямерво одааажовыма. Такям образом, диапазон длительностей импульса ускорявшего вапряжеяяя, в котором келесообразва работа ЛИУ| составляет 1О «Ьек « • 1 мкеек .

2. Напряжеявость ускоряющего доля в ковечааа ахергяя ускоренных алектровов Напряженность ускоряющего попа пропордвовальва скорости взмененяя магввтного потока в сердечниках яидукциоивеи системы и, сладовательво, обратно пропорциональна длительности импульса. В суиествуюиих ускорателях, ивдукдяоввая система которых работает в ораве окружающего воздуха, напряженность ускоряющего воля в пределах секпвя составляет:

О,2 МВ/м (ЯИУ-О;78/28О}{ О,в МВ/м ('Астров'); О,7в МВ/м (ЛИУ-5/БСХХ)). Дальнейшее повышение наоряжеввоств для тахвх евстам ограничено поверхностной электрической прочностью ускорительной трубка .

Еслв индукционную систему разместить я изолирующей среде, то ваяряжеввость алектрвческого воля может быть увеличена. Так, в секани источника электронов установки 'Астров", ввдухявоакая система которой находится в среда фраояа поп давлением 2 ати, валряжеяиость ааектряческого поля на поверхности ускорительно* трубка достигает 2 МВ/м. Пра разработке проекта коллективного ускорителя в США предполагалось получить напряженность ускоряющего поля В МВ/м oj .

Основываясь на реальных возможвостах, существующих в настоящее время, следуат полагать, что величава вавряжеиностх ускорявшего ноля в пределах секции может составлять (2 ^ 3) МВ/м. Простравствеввое распредалевва ускоряющего »хектрвчаского воля является фувквааД размеров в формы алектродов ускоряющей трубка .

Выполненные расчеты показывают, что для секционированных ускорительных трубок области, составляющей половину апертуры, амплитуда первой гармонии осевой в радиальной составляющих поля не превышает 1%, если отношение радяуса электродов к шагу системы более двух. Амллвтуда первой гармонии резко возрастает, если велнчвва указанного отношеввя параметров трубка мевьш* 1,8. Сравнение величины радиальной составляющей ускоряющего поля с величавой поля, обусловленного собственным зарядом пучка, показывает, что при токе пучка в сотни в тысяча аыпар радиалькой составляющей ускоряющего поля в областв, занимающей половкну апертуры трубки, можно пренебречь до энергия пучка 1 М»В, веля отношение радиуса электродов трубки к шагу системы более двух, я до энергии пучка В МэВ, если это отношение более 2,5. Пространственное распределение ускоряющего поля можно сделать однородным при использовании в.индукционной системе реэнстявной ускорительной трубкн, у которой «а внутреннюю поверхность нанесено проводящее покрытие {.loj. Сопротивление покрытая трубка должно лежать в диапазоне ( 6 0 0 t- 5OOO) Ом на квадрат поверхности. При этом условии величина потенциала, до которого заряжается "-рубка, не превышает допустимой величины, а ток, протекающий по покрытию, несущественно сказывается на велнчвне коэффициента полезного действия индукционной системы. Эксперименты на моделях с реэнстивной трубкой показала, что электронный пучок хорошо проходят через нее fllj* В случае применения реэнставной ускорительной трубки существенно сокращается число металлокерамвческнх соединений по тракту ускорения пучка я, кроме «того, появляется возможность наблюдения и измерения импульса ускоряющего напряжения. Принцип действия ЛИУ не ограничивает конечную энергию электронов .

3. Частота повторения импульсов

В последив* годы проваляется внтерес к частоте повторения импульсов в связи с изучением возможностей ЛИУ для технических приложений. Частота повторевая ж действующих ила спроектированных ускорителях свизана главным образом о возможностями коммутирующей аппаратуры. Прв использовании газовых разрядников, например, в инжекторе RR, ускоритель может работать ж режим* разовых посылок. Применение водородных тиратронов позволяет работать при 5О имп/сек, например, в у с к о ^ т е л е ЛИУ-ЗО/25О, и даже ж режим* серий импульсов при частот* повторения IB 144О вмп/сех, как это хмеет место в ускорителе "Астров". Проведанные а НИИЭФА им. Д. В. Ефремова опенки дают возможность полагать, что ара нснольаоваааа современных импульсных водородных тиратронов частота иовтораажа можат быть доведена до 1ООО имк/сех. Дальнейшее увалжчавжа частоты аовгорсмя возможно арв усложвв раэрабатка соответствующе* коммутирующая аяааратуры. При этом, однако, следует вмать а виду в то обстоятельство, что прн увеличении частоты повтораава возрастают трабовапа ж надежности всех элементов ускоритела » прежде всаго, как показала крактвка работы ускорители ЛИУ-О.75/25О, i ускорительно! трубка ж источнику ялехтрожов .

4. Параметры пучка алвктронов

Принципиально в линейном нинухидоняем ускорителе пат ограниченна во лкчане тока усхорвамого пучка алвктронов в возможны! дмпааов во току пучка определяется экономическими соображениями ж совремавхыгяг техническими возможностями. Нижнее значение «того диапазона находится в областв десятков ампер, поскольку прн меньших значениях тока пучка- тараются осиевиые достоинств» ЛИУ. Можно предполагать, что верхнее значение «того диапазона иаходвтса в области десятков калоампар. С одно! стороны, максимальное значение тока пучка огракичиваетсв воаможвостаыа коммутирующей аппаратуры, особенно в режиме повышенно!'частоты иовторажая кмпульсов. С другой сторавы, пожа яат ахспариментальных данных, ' жа оскованни которых можно был* бы судить о максимальном значении тока, при котором возможно удерживать радиальные размеры пучка. Однако имеются расчеты, пдкаэнвающке возможность удержанна снлошного еаектроиного пучка с током 8 кА [Д 2 3 и трубчатого пучка с током 2 0 жА ПзП .

В настояшае же время осуществляется ускоренна лучка е током 8ОО А жа инжектора "Астрожа' н предполагается ускорять пучок о тожом 8 жА на установка ЛИУ-В/ВООО, головная часть которой находится в настоян»* время в стадии сооружения в НИИЭФА им.Д. В. Ефремова. Говоря о максимальном значении тока пучка электронов, следует отметать возможности нсточнжков электронов. В настоядее явемя в разработанных, в НИИЭФА нм. Д. В. Ефремова источниках иснольэуютса прессованные губчатые оксидноникелевые катоды jI4,IB/. Эмиссия електроков с такого катода в кмяульсном режим* достигает десятков А/см,ж в то же время он надежен ш работе н доаускает неоднократные напускн атмосферы в систему. На рис.в аосазаж жатод диаметром 12О мы дяа усжораталя ЛИУ-8/8ООО, с которого предполагается получить пучок электронов с током до 8 кА прв напряженна ва пушке О, б MB .

–  –  –

Эксперименты, выполненные на.интенсивных электронных пучках, свидетельствуют о нерааномэрном распределении плотности тока по сечению пучка i e l. Наибольшая равномерность плотности тока в случае пушки с экранированным катодом имеет место при значенвв магнитвого пола, превышающем брнллюановское в (1,3+1,5) раза. Распределение плотности зависит также от формы магнитного поля а области пушки. На рис.7 приведены графики, показывающие распределение плотности тока по сечению пучка прв ряде значений величины фокусирующего продольного магнитного поля .

Плотность тока в центре пучка может быть даже меньше, чем по краям. Иа-аа неравномерного распределения плотаостк тока в пучке силы кулоновского расталкивания, обусловленные собственным зарядом пучка, носят нелинейиый х а рактер. Как показано в работе flTi, величина фазовой поверхности определяется в основном действием этих нелинейных сил. Экспериментальные исследования величины фазовой поверхности интенсивных электронных пучков, выполненные на установках "Астрой* l 8 l, Rfi [18,201, ЛИУ-О.75/25О \\Ъ\% показывают, что для исследованных пучков величава J3T/Z.t- " (О,2 « О,5) см.рад. Причем значения тока пучка в энергии ва • различных установках значительно отличалась друг от друга. Так, значения тока колебались от 1ОО до 8ОО А, а эвергвя электронов - от 1ОО до 3,4.МэВ. Эксперименты показала, что наибольшим угловым разбросом обяадажт алехтрокы внешней части пучка в для 7О% общего тока пучка валкчшт яа j$ Vх Z.Z. - (О.17 « О,27) см.рад, а для 5О% общего тока Z.QA см.рад. Отсюда следует, что путем обрезали* с помощью j&V'ZZ-' диафрагмы внешней части пучка можно ПОЛУЧИТЬ, например! яри »вергии пучm ка S МэВ значение О.ООв см. род. Теоретические оценки показываZ.' ют, что величину фазовой поверхности можно уменьшить, если формирование электронного пучка осуществлять в пушке с ноакраняровавным at магнитииго поля катодом [ 2 1 ]. Экспериментальные исследовавши подтверждаю!' «тот вывод 122J, Однако величина продольного магиитного поля, удерживеющего радиальные размеры пучка, в атом случае должка существенно превышать брнллюэновское значение. Важным параметром пучк» является разброс по эпергкн электронов. Как правило, указывается, что энергетический разброс в пучке электронов, ускоренных в ЛИУ, не превышает нескольких процентов .

<

–  –  –

Детальное же изучение анергетического разброса в пучке проводилось яа установке 'Астрой* [23\. Из полученных данных, в частности, следует, что при токе пучка 4SO А, номинальной энергии 5,9 МаВ и длительности плоской части импульса 15О нсок изменение энергии яа участке длителькостью 1ОО нее* не превышает -О,3%. Ширина энергетического спектра на уровне половины амплитуды сигнала тока пучка составляет -О,48% от иомивальяои онергии 8,76 М»В. рис.8 .

•Г"

–  –  –

Действующа* ала сооружаемы* в настоят»» время ускоржтелв предназначены для ксследоватильсках пелей, поэтому средняя мощность в пучке относительно вввелвка а составляет ( 5 *• 2ОО) кВт. Прм современном состоаввв техавкв представляется реальвым разработать усжоратель со средней мощностью в пуша (1О *- 1ОО) МВт. Прв такой мощвоств яучха первостепенное ?наченхе приобретает зкаченяе коэффаааевт* волеэного действва ускорателя. Основной составляющей общего коеффвввавта волеэного девствва ускоржтела явлжется к.п.д. инлукпнонвой сястемы. Звачення к. п. д. в ааввсвмоств от длвтельяоств жмпульса ускоряющего вапряжвния в велвчавы тока пучка можно получать на основании ажсперамеатальвых даввых во перемагажчжванжю магввтомагквх матаряалов, полученных в, НИИЭФА жм.Д.В. Ефремова .

–  –  –

в. Ускорители, разработанные в НИИЭФА им.Д.В.Ефремова Основные параметры разработанных в "НИИЭФА им.Д.В.Ефремова ускорителей приведены в табл.1 .

Ускоритель ЛИУ-ЗООО (ЛИУ-3/2ОО) - это первый в Советском Союзе линейный индукционный ускоритель, разработанный совместно с сотрудниками ОИЯИ по инициативе академика В.И.Векслера. Первая «го очередь ва энергию 1,8 М»В вступила в эксплуатацию в 1867 г. ъ г.Дубве (рнс.Ю) .

Рже Л О- Ускоритель ЛИУ-ЗООО

Разработка проекта этого ускорителя велась одновременно с разработкой ускорителя 'Астрон' в США, во поскольку результаты работ была опубликованы после окончание проектов, то конструкции основных систем «тих установок существенно отличаются друг от друга. В частности, в ускорителе ЛИУ-ЗООО применена неоднородная формирующая линия, беструбочный вариант конструкции индукционной системы, секшюннрованиаи система катушек осесимметричного продольного магнитного пол*, с помощью которого осуществлялось удержание поперечных размеров пучка. Надежность ускорятся* оказалась достаточно высокой, х оа работает до настоата* время. Именно яа этом ускорителе велась работы по исследованию коллехтнввого метода ускорения [зл] .

Ускоритель ЛИУ-ЗО/2ВО сооружается для создаваемого в Обмдкаеаом хястятут* ядерных исследований комплекса ИБР-2, ocaosot которого будет служить импульсный реактор яа быстрых нейтронах. Параметры ускорителя, указанные в табл.1, определены, ясходя яа требований, првд&являемых к комплексу ИБР-2 программой исследовательски* работ .

Средний тох ускоряемого лучка альктрояов равен 8 мА, поэтому даже небольшие потерн пучка вдоль тракта ускорен» приводят к значительному потоку нестройной радиации. Это обстоятедьство ариводит, с одной стороны, к необходимости применения в ивдухпжониой системе изоляционных конструкционных материалов с достаточной радиационной стойкостью, а с другой,- к требованию высокой надежности ускорителя я, следовательно, обеспечению малого времени ш остановки к ремонт оборудования, работающего в тяжелых радиационных условиях Средняя мошцость ускоренного пучка превышает 2ОО кВт, что обуславливает необходимость высокой надежности фокуояруюжей системы м возможно больший коэффициент нолеэного действия. Конструкция ускорителя ЛИУ-ЭО/2ВО была рааработша с учетом изложенных обстоятельств. Общий вид ускорителя приведен яа ряс. П. Индукционная система размещена в туннеле с двухметровыми с т е нами яз бетона, обеспечивающими необходимую биологическую защиту .

Секани индукционной системы закреплены на потолке туннеля, который обладает достаточно большой жесткостью н служит своеобразным фундаментом дня ускорители. Над туннелем расположен генераторный зал, в котором разметены импульсные генераторы в другое алектротехиическо* оборудование, предназначенное, в частности, для нитания фокусирующей системы ускорителя. Напряжение от импульсных генераторов передается к первичным обмоткам индукторов о помощью высокочастотных кабелей .

Принятая компоновка м е т возможность отделять наиболее опасное в радиационном отношении оборудование в в то же время обеспечивает доступкость к мехтротеххкчеокому оборудованию. Иидукдноииая система выполнена в* индукторов, коиструипия которых «иачительио упрощена по сравнению о принятой идя ЛИУ-ЗООО с в то же время обеспечивает высокую радиационную стойкость, хорошее согласование с генератором, возможность использовании характерных для массового производства технологических процессов (прессование, лгсье). В атом ускорителе впервые применежа разхсткажав ускорхталыгаа трубке. В свстаму ударжавла р м и л и ы х раэыпрев пучка, помимо катушак м*гвптаого попа ж mas, входат также устройства штохорракявх положена пучка электронов. В амоульсаых г«вараторах првмевеаы совремавяыа карампчасква водороояые твратровы в свапвальао '«эработавжы* яка «того ускорвтахв бумаговдюочвыа.маловаяуктаввыв жождавссторы'* аэолвдвоахом корпуса .

Рвс.11. Уокораталь ЛИУ-ЭО/ЭВО

Ускорсталь ЛИУ-О',78/2ВО сооружав в НИЯЭФА вм.Д.В.Ефрамова в 1871 г. (рас. 12). Кохотрукдаа е ю в осаовво*! совпаяаат с кошствукдаа!

усхоратела ЛИУ-ЭО/20О. В вроцаооа длжталык* работы о ускавжтмюм пояучсжы жаваы* о работоспособжоста аго састам, ооавоажвнва ваастя каобхоявмыа коррахтавы в рабочв! хроахт ЛИУ-ЭО/280 в вмакшва сужастванвов эхачввва шл аохвмааха работы ляаоахых аадухпновхых ускоратала!

в аалом. Это, в свою очавадь, даяо воэможаость прадвавутьса в областх таорва а прахтвха рйэрябо-гхк ускорвтатй атаго тая*. В частаоств, воаучавн результаты, харахтаряауюпха взавмодаСетвха аЖктроажого жучка с индукционной системой, изучены вопросы, связанные с удержанием поперечных размеров интенсивного ускоряемого пучка электронов. Понимание этих процессов и умение рассчитать результаты взаимодействия пучка с индукционной системой во многом определяют качество проекта линейного индукционного ускорителя и облегчают работу по его запуску. В практическом плане показана возможность проводки пучка по ускорительному тракту практически без потерь н работы ускорителя при частоте повторения до 5О нмп/сек. При такой частоте повторения, токе пучка 35О А и энергии 2ОО кэВ на сетке пушки выделяется энергия, достаточная для ее разрушения за время около 1Оч, даже если она сплетена из вольфраморенневой проволоки .

Рис.12. Ускоритель ЛИУ-О.75/25О

На рис. 13 показана разрушенная пучком сетка. В этой связи в проекте ЛИУ-ЗО/25О принята трехэлоктродная конструкция пушки, в которой напряжение между сеткой и катодом составляет (5О«-1ОО) кВ, а общая энергия пучка на выходе из источника - 7 2ОО кэВ. В этом случае работа при частоте повторения SO имп/сек в течение 1ООч не приводит к разрушению сетки .

Рве. 13. Сетка, разрушенная пучком электронов

Возможность высокого токопрохождения иллюстрируется на рже*. 14 .

Следует обратить внимание на важное обстоятельство, свидетельствующее о том, что форма импульса тока на коллекторе существенно зависит даже от небольшого (1«8%) изменения магнитного поля в области пушки. Валичина доля в области ускоряющих секций определяющего значения при «том на имеет .

Ускоритель ЛИУ-5/5ООО является первым в мире ускорителем такого класса, на котором предполагается получить ток ускоренного пучка «лектронов S кА. На рис.15 показана индукционная система «того ускорителя, а на рис. 16 и рис.17 - индукторы н секция в сборе. Одной из наиболее сложных задач, очевидно, является получение пучка алектроиов с током более 5 ЕА и удержание его поперечных размеров при ускоренна а индукционной системе .

с .

л S .

–  –  –

Рвс.14. Осциллограммы жмпульсо» тожа пучка:

а - после nyftm; б - жосле ••рвой аекпмж; в - на коллектор* орн двух эяаченаах магжжтмого вола в области пушка, отлнчаюшкса аа 2%

–  –  –

Для получения стабильного вс времени пучка электронов разработай прессованный губчатый оксидно-никелевый катод диаметром 12О мм, с которого предполагается получить ток эмиссии до 8 кА при энергии пучке О,В MsB. Конструкция импульсного трансформатора в пушки выполнена так, что все поверхности, находящиеся под высоким напряжением, расположены в вакууме. Это должно обеспечить надежную работу источника электронов при таком высоком напряжении. Другой особенностью этого ускорителя является каличие системы преобразования импульса ускоряющего напряжения, с помощью которой колоколообразный импульс разряда накопительное емкости длительностью ~ ЗОО нсек преобразуется в импульс ускоряющего напряжения с площадкой 5О нсек. В преобразователе используются нелинейные характеристики двух ферромагнитных систем, соединенных последовательно .

Ускоритель ЛИУ-0,5/50 представляет собой действующую модель ускорителя для скважинного генератора гамма-квантов, способного разместиться в гильзе С 1ОО мм. Преимущество индукционной системы перед трансформаторами, заключающееся в том, что ускоряющее напряжение может быть сосредоточено внутри системы и при необходимости распределено равномерно по длине, должно в этом случай проявляться особенно арко .

Однако оно приводит х необходимости коммутировать достаточно большие тока (в десятки хА) при небольшпх габаритах соответствующих устройств .

В действующей модели, основные узлы которой приведены на рве. 18, применены малогабаритные водородные тиратроны ТГИ-1-5ОО/16. Однако это решение не является оптимальным, так как потребление энергии для питания накала тиратронов относительно велико. Возможно, что более' предпочтительным окажется использование разработанных к настоящему времени промышленное гью разрядников. Ограниченный ресурс их работы по сравнению с тиратронами может быть компенсирован увеличением комплекта приборов, необходимых дли исследования скважины .

Рис.18. Узлы лабораторной модели ЛИУ-О.5/5О:

a - индукционная система; 6 - ускорительная трубка? в - гянераторы импульсОА зо В эшихючакха хочатса выраэггь надежду, что жравадеяныа свалах» о

•оэможхостах яххахных •вжухпхокхых ускараттаяах номогут хссяаяомтмжм х правставхтапхм ароммтаххоста похать врахмущастх* ускаратала! «того тхп* х там с аиыы спасобстаохать дахьхМжамт- раэххтхю *го* областх тскоратальхо! таххххх .

ЛИТЕРАТУРА

1 М«рхов М.А., У.Ф.Н., Щ, вып.4, 718 (1873) .

2. Бахрушин Ю.П., Матора И.М. У.Ф.Н.. ПО. выд.1. Ив (1973) .

3. Анапы* А.И. я др. 'АТОМНАЯ энергия", JH, 438 (1в8в) .

4. Chriatofiloe N.C. et a l. Rev.Sci.Instr., j P«866 (1964) .

6. Ападкни А.И., Бахрушин Ю.П., Грумбков А.П., Колесо» Н.И. Махогаваржтный ляяеяяыж индукционный ускоритель. Дожлад жл ковферешшж 'Разработка н практическое применение алектронвых ускоржт«л«1', г Томск, №7 сентября 1872 г. В жн.'Твзжсы дохпадо», Томск, Томежи* унжверентвт, 1872, стр.39 .

в. Анаджий А.П., Богданов О.С, Вахружин Ю.П. • др, В кв."С«М1ГОЗжум до коллеЕТВяным методам ускорения. 27-ЗО сентября, 1872. г.' Дубжа, ОИЯИ, Д8-87О7, 158 (1872) .

7. Богданов О.С, Бахрушин Ю.П. в др. В и.'Сяыпозкум по коллективным методам ускорения. 27-30 сентября, 1872 г.' Дубна, СИЯЙ, Д8-67О7, 1а2 (1973) .

8. Аниупов П.С. в др. Препринт A-O2J3, Л„ НИИЭФА, 1874 .

8. Петерсоп Дж.М. а др. В кн.'Тр.П Ве*ооюэ.совеш. по ускорителям заряженных часткп. Москва, 11-18 ноября 187О г.' Том 1, М., 'Наука", 1872, С.2О8 .

10. Вахрушвп Ю.П., Гагвк-Торн а К. 'Ж.твхн,фва.\ 4^, 1446 a e t 2 ) .

11. Богданов О.С, Бахрушин Ю.Пп Гагеж-Тора В.К., Рвутская И.Е .

О прохождений сильноточного электронного пучка через усхорятельяую трубку с электропроводящим покрытием. Доклад иа Ш Всесоюааом совещании по линейным ускорителям. Харьков,ХРТИ, 25»27 кюня, 187В г .

12. Богданова В.И. в др. Препринт tk A-O2OO, Л„ НИИЭФА. 1874 .

13. Аврамеяко М.И. ж др. *Ж.теи.фжэ.», Ц, 081 (1874) .

14. Рыбас К.П., Павлов В.К.. Телепаев Б.Н. A.C.N* 388743, 'Бкшлетеаь аэобретеввй', № 1, 1873 .

15. Рыбас К.П., Павлов В.К.. Телвпае» Б.Н. 'Приборы я техника аксперимвнта»,, (21 (1873) .

1в. Богданов О.С, Захрупшя Ю.П., Волжев А.А., Гагеи-Тори. В.К., Кузнецов В.С. Препринт А-О237. Л., НИИЭФА, 1878 .

17. Куакепов В.С, Богданова В.И., О.Л.Комаров. 'Раджотаяшжа а мехтрокжка', Ц, вып.8. с. 1476 (1971) .

18. A l l i s o n R.W., Baal J.Wi, S v e r a t t e W.L. Trans.Nucl•Sci., NS-16. 3, p.1055.(1969) .

IB. Atery R. et a l. Trans.Nucl.Sci., KS-18. 3» p.479 (1971) .

20. Keefe D* В kn."3-th International Qonference on Highenergy Accelerators 1 1, C R, p. 397, EH 1971»

21. BexpyniiM Ю.П., Куэмдов B.C., Комаров О.Л., Фняахьскаж Р.П .

"Ж.т»м.фмэ.\ Ц, 1388 (1874) .

22. Вогдавож О.С., Вахрушж» Ю.П., Волжм» А.А., Г«г«ц-Горж В.К., Кузнецов B.C. Исследована» эмвттанса сшпиногочшото пучка «пактрожов лжвого жждукяжохвого ускорителя. Доклад на Ш Всесоюзном совекаахи но лнквакык ускорителям, Харьков, ХФТИ, 25-27 жюяш, 1878 .

аз. Fessenden I.J. Her.Sci.Instrum., 42,8, p.1090 (1972) .

24. Векслер В.И. ж др. 'Атомная анвргжж'. 24j 317 (1888) .

Ю. П. БАХРУШИН

СИЛЬНОТОЧНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ УСКОРИТЕЛИ

(ЛИУ) С ФЕРРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ

Заказ J* 9О/28О. Рукопись поступила на издание Н/У-75 г .

Формат бумаги 60x90*/8, Уч.-нэд.л.1, 5тп«чатано 16О экэ .

Ротапринт НИИЭФА, пена IS KOn. T-1O381 ЗО/УП-75 г.




Похожие работы:

«Большие счетные задачи сейсморазведки Фиников Дмитрий Борисович Лекция в Школе анализа данных (ШАД), Москва, 2012 год Сейсмические наблюдения Морские Наземные Цель обработки Глубинный Глубинный ГлубинноВременной мигрированный мигрированный скоростная разрез разрез во временном разрез модель масштабе Сейсмограммы Исходная...»

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА КУЛИНАРНОГО ИЗДЕЛИЯ (БЛЮДА) № 395 Кофейный напиток с молоком Наименование кулинарного изделия (блюда): Номер рецептуры: 395 Сборник рецептур блюд и кулинарных изделий для питания детей в Наименование сборника рецептур: жошкольных организациях/ Под редакцией М.П. Могильного и В.А. Тутельяна. М.: ДеЛи принт,...»

«Министерство образования Республики Башкортостан ГБПОУ Октябрьский многопрофильный профессиональный колледж Согласовано Утверждаю Директор ООО "Байкал-сервис" Директор ГБПОУ ОМПК _ Г.Т.Шафигуллина _ Г.В.Еленкин "_" 20_г "_" 20_г Рассмотрено на заседании МК протокол №_ от "_"20г КОМПЛЕКТ КОНТРОЛЬНО-ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ОЦЕ...»

«Н.Г. Краснодембская ОБ ОПЫТЕ ПОЛЕВОЙ РАБОТЫ В СИНГАЛЬСКОЙ СРЕДЕ Часть I. Из уроков Людмилы Мерварт. Начало XX в. Статья посвящена яркому эпизоду этнографической экспедиции в Южную Азию в 1914–1918 гг. супругов А.М. и Л. А. Мерварт. Давая оцен...»

«ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГИ Д РО М ЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖ БЫ П РИ СОВЕТЕ М И Н И СТРО В СССР ОРДЕНА Л ЕН ИН А АРКТИЧЕСКИМ И АНТАРКТИЧЕСКИЙ Н А У Ч Н О -И С С Л Е Д О В А ТЕ Л Ь С К И Й ИНСТИТУТ Ю. П. Д О Р О Н И...»

«ВЫПИСКА ИЗ ПРОТОКОЛА Х2 58/1 заседания Правления Региональной энергетической комиссии города Москвы (РЭК Москвы) г. Москва от "ОЗ"июня 2014 г.Председательствовал: Заместитель Председателя правления РЭК Москвы П.В. Гребцов Члены Правления РЭК Москвы И.с. Ареф...»

«programma_rutaksi.zip Maxim: order a taxi Taxi ordering in 281 cities of Russia, Georgia, Ukraine, Bulgaria, Kazakhstan.0M. Быстрая подача, и низкие цены. You will now be directed to the order a taxi page.*Преимущества Рутакси:+ УЗНАЙТЕ ТОЧНУЮ ЦЕНУ...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.