Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов
Описан проект автоколебательной системы ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов, сооружаемого в ННЦ ХФТИ. Основными требованиями к разрабатываемому ВЧ-ускорителю являются обеспечение высоких электродинамических характеристик резонаторных структур и стабильности параметров их...
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15683 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов / Л.Д. Лобзов, Н.Г. Шулика // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 2. — С. 44-47. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-15683 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-156832011-02-01T12:03:07Z Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов Лобзов, Л.Д. Шулика, Н.Г. Физика и техника ускорителей Описан проект автоколебательной системы ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов, сооружаемого в ННЦ ХФТИ. Основными требованиями к разрабатываемому ВЧ-ускорителю являются обеспечение высоких электродинамических характеристик резонаторных структур и стабильности параметров их электродов и электродных поверхностей, обладающих вторично-электронными свойствами при приложенных ВЧ-полях. Ограничение паразитного влияния размноженной эмиссии вторичных электронов с таких электродов в условиях вакуума достигается в отсутствие задающего генератора и многокаскадного канала усиления мощности, систем общих и специальных способов стабилизации и регулирования возбуждаемых ВЧ-напряжений и полей. Describe of the self-oscillatory system RF of excitation of two resonator linacs of the deuterons, constructed in NSC KIPT is featured. The basic requirement to developed RF to the accelerator is provision of high electrodynamics characteristic of resonator structures and stability parameters their electrodes and electrode surfaces, possession of secondary electrons property in the presence RF fields. Restriction of spurious influence of emission secondary electrons from such electrodes is reached in lack of a master oscillator and the many cascades channel of power amplifier, systems of blanket and special expedients of stabilization and regulation raised RF voltages and fields. 2010 Article Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов / Л.Д. Лобзов, Н.Г. Шулика // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 2. — С. 44-47. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15683 621.384.6 ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физика и техника ускорителей Физика и техника ускорителей |
| spellingShingle |
Физика и техника ускорителей Физика и техника ускорителей Лобзов, Л.Д. Шулика, Н.Г. Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов |
| description |
Описан проект автоколебательной системы ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов, сооружаемого в ННЦ ХФТИ. Основными требованиями к разрабатываемому ВЧ-ускорителю являются обеспечение высоких электродинамических характеристик резонаторных структур и стабильности параметров их электродов и электродных поверхностей, обладающих вторично-электронными свойствами при приложенных ВЧ-полях. Ограничение паразитного влияния размноженной эмиссии вторичных электронов с таких электродов в условиях вакуума достигается в отсутствие задающего генератора и многокаскадного канала усиления мощности, систем общих и специальных способов стабилизации и регулирования возбуждаемых ВЧ-напряжений и полей. |
| format |
Article |
| author |
Лобзов, Л.Д. Шулика, Н.Г. |
| author_facet |
Лобзов, Л.Д. Шулика, Н.Г. |
| author_sort |
Лобзов, Л.Д. |
| title |
Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов |
| title_short |
Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов |
| title_full |
Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов |
| title_fullStr |
Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов |
| title_full_unstemmed |
Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов |
| title_sort |
автоколебательная система вч-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Физика и техника ускорителей |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15683 |
| citation_txt |
Автоколебательная система ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов / Л.Д. Лобзов, Н.Г. Шулика // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 2. — С. 44-47. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT lobzovld avtokolebatelʹnaâsistemavčvozbuždeniâdvuhrezonatornogolinejnogouskoritelâdejtronov AT šulikang avtokolebatelʹnaâsistemavčvozbuždeniâdvuhrezonatornogolinejnogouskoritelâdejtronov |
| first_indexed |
2025-07-02T17:03:45Z |
| last_indexed |
2025-07-02T17:03:45Z |
| _version_ |
1836555516442050560 |
| fulltext |
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 2.
Series: Nuclear Physics Investigations (53), p.44-47. 44
УДК 621.384.6
АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ВЧ-ВОЗБУЖДЕНИЯ
ДВУХРЕЗОНАТОРНОГО ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ДЕЙТРОНОВ
Л.Д. Лобзов, Н.Г. Шулика
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
E-mail: lobzov@kipt.kharkov.ua
Описан проект автоколебательной системы ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ускорителя
дейтронов, сооружаемого в ННЦ ХФТИ. Основными требованиями к разрабатываемому ВЧ-ускорителю
являются обеспечение высоких электродинамических характеристик резонаторных структур и стабильности
параметров их электродов и электродных поверхностей, обладающих вторично-электронными свойствами
при приложенных ВЧ-полях. Ограничение паразитного влияния размноженной эмиссии вторичных элек-
тронов с таких электродов в условиях вакуума достигается в отсутствие задающего генератора и многокас-
кадного канала усиления мощности, систем общих и специальных способов стабилизации и регулирования
возбуждаемых ВЧ-напряжений и полей.
ВВЕДЕНИЕ
Высокочастотные линейные ускорители заря-
женных протонов и дейтронов находят все большее
применение как в научных исследованиях, так и в
прикладных целях. Создаваемые в ННЦ ХФТИ ус-
корители ионов с модифицированной переменно-
фазовой фокусировкой на базе малогабаритных од-
норезонаторных Н-структур [1], требуют разработки
таких же малогабаритных и компактных систем их
ВЧ-возбуждения. При этом желательно использова-
ние простых ВЧ-методов с применением автоколе-
бательных систем (АС), обеспечивающих не только
устойчивую генерацию ВЧ-напряжений, но и подав-
ление условий размножения эмиссии вторичных
электронов, могущих достигать во времени вторич-
но-электронных разрядов [2-3].
С самого начала развития ВЧ-ускорительной
техники (начиная с циклотрона [4]) известно о том,
что возбуждение необходимых ВЧ-напряжений и
полей в вакуумированных структурах, в том числе и
линейных ускорителях, может быть трудно разре-
шимой проблемой, если предварительно не приняты
меры по управлению вторично-электронными свой-
ствами их электродов и электродных поверхностей
[5-7].
При этом стало очевидным, что выбор метода
устойчивого ВЧ-возбуждения радиофизических ре-
зонансных структур – это выбор способа подавле-
ния паразитных вторично-электронных (мультипак-
торных) процессов и разрядов между её собствен-
ными электродами (потенциальными вторичными
эмиттерами), то есть эффективность таких высоко-
частотных установок в целом определяется не толь-
ко рассчитанными электродинамическими характе-
ристиками, но и методами подавления умножаю-
щейся эмиссии вторичных электронов.
В данном проекте в качестве ускоряющих струк-
тур линейного ускорителя дейтронов для пучковых
технологий применены разработанные ранее мало-
габаритные резонаторы Н-типа с гребенчатыми
держателями трубок дрейфа.
Особенностью таких структур является то, что
трубки дрейфа, образующие ускоряющие зазоры,
поочередно подключены к диаметрально располо-
женным в резонаторе сплошным плоским подвес-
кам. При этом замыкание металлическим проводни-
ком (аналогично размноженной эмиссии во времени
числа вторичных электронов с чередующихся тор-
цов электродов до величины вторично-электронного
разряда) любого из ускоряющих зазоров, начиная с
первого, приводит к резкому падению амплитуд
напряжений до нуля по всей длине ускорителя.
Основные требования к построению импульсной
системы ВЧ-возбуждения двухрезонаторного ли-
нейного ускорителя для элементного анализа [8]
определяются энергиями ускоренных пучков дей-
тронов в резонаторах Р1– Wd= 1,6 МэВ и в Р2–
Wd=3,1 МэВ.
Ниже приведены основные параметры системы
ВЧ-возбуждения ускорителя дейтронов:
Основная частота, МГц…………............… ~100,0
Длительность ВЧ-импульса, мкс... .....~250…350
Частота посылок, Гц ………………..………1…25
Импульсная мощность резонатора Р1, кВт .. ~300
Импульсная мощность резонатора Р2, кВт .. ~500
Нестабильность собственных частот автоколеба-
ний резонаторов, % ……..…………….….…. ~10-7
Нестабильность уровней полей, %………..... ± 1,0
Нестабильность фаз полей, град ……...……. ± 1,0
Приоритет в выборе метода устойчивого возбу-
ждения двухрезонаторного ускорителя и подавления
мультипакторных процессов и разрядов в его уско-
ряющих структурах отдан новому ВЧ-методу, раз-
работанному в ННЦ ХФТИ [9,10]. Этот метод не
требует существенных изменений в генераторной
ВЧ-системе и конструкции ускорителя и примене-
ния высоких технологий в изготовлении его уско-
ряющих и других необходимых элементов.
Новый метод основан на применении в ВЧ-
генераторной системе резонансного ускорителя не-
зависимых цепей положительных обратных связей
(ПОС).
mailto:belan@kipt.kharkov.ua
При этом в системе возбуждения каждой из ус-
коряющих структур Р1 и Р2 одновременно реализу-
ется работа двух автоколебательных контуров с
элементами положительных обратных связей, уста-
новленных в соответствующем резонаторе и ВЧ-
генераторной системе.
Использование такого ВЧ-метода позволяет эф-
фективно подавлять условия развития мультипак-
торных процессов не только в диодных промежут-
ках (зазорах пролетного канала, настроечных, регу-
лировочных и контрольных устройствах, а также
других полезных диодных промежутках) ускоряю-
щих структур, но и подобных емкостных промежут-
ках элементов кольцевых цепей автоколебаний. К их
числу относятся элементы оконечных генераторных
ВЧ-каскадов с дорогостоящими ламповыми триода-
ми, и фидерных линий с параллельными проводни-
ками.
Подавленное размножение вторично-электронных
процессов (не достигших величин вторично-
электронных разрядов) между электродами указан-
ных диодных промежутков не имеет паразитного
влияния на их параметры и устойчивость установ-
ления результирующих напряжений, возбуждаемых
в системе линейного ускорителя [11].
ОПИСАНИЕ ВЧ-СИСТЕМЫ УСКОРИТЕЛЯ
Структурная схема автоколебательной системы
ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного ус-
корителя дейтронов приведена на Рис.1.
Автоколебания одного из контуров каждого уси-
лительного канала охватывают ВЧ-источник 1 и
возбуждаемый резонатор. Автоколебания другого
контура также охватывают мощный ВЧ-источник 1,
но с ТЕМ-волнами собственного фидера. При этом
вторично-электронные процессы и разряды в резо-
наторе могут непосредственно влиять только на па-
раметры автоколебательного контура, содержащего
этот резонатор.
Влияние указанных разрядов на параметры дру-
гого автоколебательного (автогенераторного) кон-
тура является косвенным, через нарушенные усло-
вия согласования волнового импеданса фидера с
входным сопротивлением ВЧ-ввода возбуждения 6
резонансной структуры и появление в передающем
тракте отраженных волн, образующих узлы и пуч-
ности стоячих волн напряжений.
Мощные ВЧ-источники, усиливающие напряжения
положительных обратных связей каждой пары автоко-
лебательных контуров – это разработанные укорочен-
ные (трехкаскадные) усилительные каналы 1.
Рис.1. Структурная схема автоколебательной системы ВЧ-возбуждения
двухрезонаторного линейного ускорителя дейтронов.
1 – ВЧ-усилительный канал трехкаскадный; 2 – фидер воздушный; 3 – переключатель фидерный;
4 – нагрузка активная, охлаждаемая водой; 5 – рефлектометр фидерный; 6 – ВЧ-ввод мощный;
7 – петля связи с ВЧ-полями резонатора; 8 – петля измерительная индуктивная;
9– настройщик частоты резонатора; 10 – петля связи с падающими волнами фидера;
11 – аттенюатор плавный коаксиальный; 12 – фазовращатель;
13 – устройство сложения ВЧ-сигналов мостовое;
14 – сопротивление балластное; 15 – переключатель коаксиальный.
Р1, Р2 – резонаторы (резонаторные структуры)
45
46
В их выходных каскадах, выполненных по схеме
с общей сеткой, применены генераторные лампы
типа ГИ-24А, отдающие в импульсе (согласно пас-
портным данным) более 1 МВт ВЧ-мощности.
Условия возбуждения ВЧ-колебаний определя-
ются балансами амплитуд и фаз в каждой из кольце-
вых цепей с независимыми положительными обрат-
ными связями. Напряжения с элементов 7 и 10, ус-
тановленных в резонаторных структурах и в воз-
душных коаксиальных фидерах 2, поступают на
входы ВЧ-мостовых устройств 13. Далее результи-
рующий сигнал поступает на согласованный вход
соответствующего усилительного канала.
Регулирование фазовых соотношений в кольце-
вых цепях ВЧ-автоколебаний производится с помо-
щью фазовращателей 12 типа раздвижных коакси-
альных линий, рассчитанных на средние уровни
передаваемых импульсных мощностей. Регулирова-
ние напряжений на индуктивных элементах 10 от
нуля до номинальных величин производится путем
изменения их положения относительно магнитных
силовых линий в коаксиальном фидере.
Указанные регулировки позволяют контролиро-
вать изменения амплитуд и форм контрольных ВЧ-
импульсов резонаторов, падающих Uпад и отражен-
ных Uотр волн, измеряемых рефлектометрами фи-
дерными 5. При этом могут определяться коэффи-
циенты стоячих волн (КСВН) и величины мощно-
стей, поступающих в резонаторы.
В воздушных фидерных трактах (с базовыми
размерами коаксиальных проводников 160/70 мм)
установлены фидерные переключатели 3, с помо-
щью которых осуществляется быстрая коммутация
оконечной нагрузки каждого усилительного канала.
В случаях возникновения различных типов ВЧ-
разрядов в системе линейного ускорителя это по-
зволяет переключить подачу ВЧ-мощности от резо-
наторной структуры на согласованное активное со-
противление 4. При этом однозначно определяется,
причастны ли к разрядам в ускорителе ВЧ-
источники (с помощью кратковременного форсиро-
вания повышенных анодных напряжений и генери-
руемых уровней мощностей) и фидерные тракты.
Из ранее проведенных экспериментальных ис-
следований известно [12], что при этом однозначно
выявляются области возможных вторично-
электронных и других типов ВЧ-разрядов как в ус-
коряющих и других диодных промежутках резона-
торов ускорителя, так и элементах ВЧ-каскадов уси-
лительных каналов, фидерных трактов и высоко-
вольтных источников.
При совместной работе двух автоколебательных
контуров в каждом ВЧ-канале и устойчивом возбу-
ждении напряжений и полей время полной подго-
товки собственных вторично-электронных свойств
электродов и электродных поверхностей от оси (где
амплитуды максимальны) до периферии (где ампли-
туды минимальны) резонаторных структур при ос-
таточном вакууме ~ (10-5…10-6) мм рт. ст., находит-
ся в пределах 30 минут.
Автогенераторный режим работы (с одной по-
ложительной обратной связью, охватывающей вы-
ход и вход ВЧ-источника) каждого усилительного
канала, подключенного к согласованной активной
нагрузке, позволяет автономно проводить его на-
стройку в рабочий режим. При этом по амплитуде
падающей волны и учете реального КСВН ≥ 1,05 в
фидере, может проводиться калибровка (калоримет-
рическим методом) уровней выходной мощности
каждого усилительного канала.
Резонансная частота резонатора Р2 при совмест-
ной работе обеих структур линейного ускорителя
синхронизируется сигналами генераторной автоко-
лебательной системы с резонатором Р1.
ВЫВОДЫ
Применение нового ВЧ-метода устойчивого воз-
буждения резонаторов не нарушает рассчитанных
характеристик ускоряющих канала. При этом высо-
кая стабильность основных частот автоколебаний в
высокодобротных (Q0 ~ 5000…10000) резонаторных
структурах Н-типа, длин ускоряющих зазоров и уча-
стков дрейфа гарантирована механической прочно-
стью стенок трубчатых электродов и опор их креп-
ления на общем гребенчатом держателе. А электри-
ческая прочность промежутков между электродами
обеспечивается обычными вторично-электронными
свойствами материала с КВЭЭ<1.
Разработка и создание автоколебательной систе-
мы ВЧ-возбуждения двухрезонаторного линейного
ускорителя дейтронов позволит эффективно прово-
дить в полном объеме пуско-наладочные работы на
вакууммированных резонансных структурах и опре-
делять специальные требования к системам автома-
тического регулирования параметров ускоренных
пучков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Е.В. Гусев и др. Ускоряющие структуры с высо-
кими электродинамическими характеристиками
// Вопросы атомной науки и техники. Серия
“Ядерно-физические исследования”. 1997,
в.2,3(29,30), т.1, с.187-189.
2. Д.В. Каретников и др. Линейные ускорители ио-
нов. М.: «Госатомиздат», 1962, с.208.
3. Линейные ускорители ионов. Т.2. Основные сис-
темы / Под ред. Б.П. Мурина. М.: «Атомиздат»,
1978, с.320.
4. Ускорители / Пер. с англ. и немец. М.: «Гос-
атомиздат», 1962, с.560.
5. L.V. Alvarez, et al. Berkeley Proton Linear Accel-
erator // The Review of Scientific Instruments. 1955,
v.26, №2, p.111-133.
6. V.L. Auslender, et al. Work Status of 5 MeV
300 kW Electron Accelerator // Problems of Atomic
Science and Technology. Series “Nuclear Physics
Investigations”. 2006, №3, p.3-5.
7. В.В. Леонтьев, В.В. Пеплов. Акустический дат-
чик в системе защиты от пробоев в волноводном
тракте линейного ускорителя ИЯФ РАН // Тези-
сы XX Международного семинара по ускорите-
лям заряженных частиц. Алушта, Крым. 2007 /
Харьков: ННЦ ХФТИ, 2007, с.90.
8. С.А. Вдовин, Е.В. Гусев, П.А. Демченко,
Н.Г. Шулика. Линейный ускоритель дейтронов
47
для элементного анализа // Наст. журнал, с.29-
33.
9. L.D. Lobzov, N.G. Shulika. Method of Suppressing
the Multipactoring Discharges // Problems of Atomic
Science and Technology. Series «Nuclear Physics
Investigations», 2002, №2(40), p.93-94.
10. Пат. №1700783А1 СССР. Высокочастотный
автогенератор. Л.Д. Лобзов и др. // Открытия.
Изобретения. 1991, №47.
11. Л.Д. Лобзов и др. Влияние мультипакторных
разрядов на устойчивость установления автоге-
нераторных ускоряющих полей однорезонатор-
ного ускорителя ионов // Вісник Харківського
Національного університету. Серія фіз. «Ядра,
частинки, поля». 2003, №585, в.1(21), с.78-74.
12. Л.Д. Лобзов и др. Длительность мультипактор-
ных процессов и разрядов в линейном ускорите-
ле ионов // Тезисы XXI Международного семина-
ра по ускорителям заряженных частиц, Алушта,
Крым. 2009 / Харьков: ННЦ ХФТИ, 2009.
Статья поступила в редакцию 05.11.2009 г.
THE SELF-OSCILLATORY SYSTEM RF OF EXCITATION
TWO RESONATORS LINEAR ACCELERATOR OF DEUTERONS
L.D. Lobzov, M.G. Shulika
Describe of the self-oscillatory system RF of excitation of two resonator linacs of the deuterons, constructed in
NSC KIPT is featured. The basic requirement to developed RF to the accelerator is provision of high electrodynam-
ics characteristic of resonator structures and stability parameters their electrodes and electrode surfaces, possession
of secondary electrons property in the presence RF fields. Restriction of spurious influence of emission secondary
electrons from such electrodes is reached in lack of a master oscillator and the many cascades channel of power am-
plifier, systems of blanket and special expedients of stabilization and regulation raised RF voltages and fields.
АВТОКОЛИВАЛЬНА СИСТЕМА ВЧ-ЗБУДЖЕННЯ
ДВОХРЕЗОНАТОРНОГО ЛІНІЙНОГО ПРИСКОРЮВАЧА ДЕЙТРОНІВ
Л.Д. Лобзов, М.Г. Шулика
Описано проект автоколивальної системи ВЧ-збудження дворезонаторного лінійного прискорювача дей-
тронів, що споруджується в ННЦ ХФТІ. Основні вимоги до розроблювального ВЧ-прискорювача є забезпе-
чення високих електродинамічних характеристик резонаторних структур та стабільних параметрів їх елект-
родів і електродних поверхнів, що володіють вторинно-електронними властивостями при докладених до них
ВЧ-полів. Обмеження паразитного впливу розмножуванної емісії вторинних електронів з таких єлектродів
досягається у відсутності генератора, що задає частоту, а також багатокаскадного каналу посилення потуж-
ності, систем загальних і спеціальних способів стабілізації і регулювання ВЧ-напруг і полів.
УДК 621.384.6
АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ВЧ-ВОЗБУЖДЕНИЯ
Л.Д. Лобзов, Н.Г. Шулика
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина
L.D. Lobzov, M.G. Shulika
Л.Д. Лобзов, М.Г. Шулика
|