Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 1999 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
1999
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79586 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ / Э.С. Злуницын, А.И. Зыков // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 95-97. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859811847134248960 |
|---|---|
| author | Злуницын, Э.С. Зыков, А.И. |
| author_facet | Злуницын, Э.С. Зыков, А.И. |
| citation_txt | Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ / Э.С. Злуницын, А.И. Зыков // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 95-97. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| first_indexed | 2025-12-07T15:19:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.372
Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для
сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ
Э.С.Злуницын, А.И.Зыков
ННЦ ХФТИ, г. Харьков
В 1975-1983 гг., продолжая ранее начатые
исследования в области СВЧ–сверхпроводимости,
сотрудники отдела ЛУЭ ХФТИ выполнили
оригинальные исследования и технические
разработки, связанные с применением
сверхпроводящих высокодобротных резонансных
СВЧ-систем в линейных ускорителях электронов
(ЛУЭ) и других электрофизических приборах. В то
время эти работы носили во многом
первооткрывательский характер, а полученные тогда
результаты до сих пор представляются важными. Так,
например:
− впервые в резонаторе со сверхпроводящим
свинцовым покрытием была получена напряженность
СВЧ-поля 200 кВ/см [1];
− впервые был предложен, разработан и успешно
реализован новый способ СВЧ–группировки пучка в
электронных источниках – низковольтной
группировки пучка в прикатодной области [2],
позволяющий получать узкие фазовые сгустки частиц
с исключительно малым энергетическим разбросом.
Так, результирующий энергетический разброс
составлял ±5 эВ при энергии электронов 50 кэВ, а в
интервал выходных фаз 0,5° группировались частицы
из всего интервала входных фаз 22°. На рис. 1
показано “фазовое”электронное кольцо, полученное
круговой разверткой с помощью специально
разработанного для этой цели СВЧ–сепаратора [5].
Рис. 1. Фотография электронного “фазового” кольца на
сцинтилляционном экране, полученного круговой
разверткой с помощью ВЧ-сепаратора с круговой
поляризацией отклоняющего мода. “Горошина”
соответствует фазовому ядру пучка.
Интересно отметить, что работа по низковольтной
группировке на 7−10 лет опередила появление
клистродов − приборов, в которых используется
близкий, но не идентичный предложенному способ
фазовой отсечки СВЧ−сигналом по управляющей
сетке. Кроме того, новые и весьма интересные
результаты были получены при исследовании свойств
автоэмиссионных катодов в сверхпроводящих
резонаторах. По существу, все это были первые шаги
по пути создания электронных СВЧ–пушек, т.е. по
направлению, которое сейчас интенсивно развивается;
− впервые был ускорен электронный пучок в
одиночном сверхпроводящем резонаторе (СПР) 10 см
диапазона в непрерывном режиме до энергии 0,5 МэВ
при вводимой СВЧ–мощности ≈70 Вт и полном
ускоренном токе 5 − 10 мкА [3]. Стабильность
частоты разработанного для этих целей генератора
составила 10-9 при средней мощности до 100 Вт. Этим
экспериментом была показана перспективность СПР
применительно к ЛУЭ, и это позволило впервые
поставить и успешно выполнить следующий
эксперимент по формированию электронно-
микроскопического изображения с помощью пучка,
прецизионно сгруппированного в пушке с
низковольтной группировкой и затем ускоренного в
СПР (рис. 2 и рис. 3). Этот уникальный эксперимент
показал возможность использования
сверхпроводящего СВЧ-ускорителя в качестве
осветителя при создании высоковольтных
электронных микроскопов [3];
− в 1982 − 1983 гг. было впервые исследовано [4]
взаимодействие импульсного релятивистского пучка с
периодической сверхпроводящей ускоряющей
структурой (СУС), в которой перед этим впервые в
СССР был ускорен электронный пучок до энергии
≈0,8 МэВ. СУС длиной 0,7 м имела при Т=4,2°К
ненагруженную добротность Qо = 8∗106, что было
близко к расчетному значению Qо, определенному по
известному геометрическому фактору и
поверхностному сопротивлению сверхпроводящего
свинцового покрытия при Т=4,2°К. СУС состояла из
31−й Т−образной ячейки [6] с закруглениями
(R=5 мм) углов у основания дисков (для алмазного
точения ячеек потребовалось изготовление
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−−
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ 1999, № 1.
СЕРИЯ: ЯДЕРНО−ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (33).
95
специального приспособления − достигнутая чистота
поверхности была не ниже 10-го класса). Данная
работа показала, что применение специально
разработанных контактных соединений позволило
обеспечить надежную герметичность СУС во всем
интервале температур от комнатной до гелиевой (при
многих циклах охлаждения и отепления), а также
добротность, близкую к расчетной, несмотря на
большое количество контактных соединений.
Рис. 2. Фотография части экспериментальной установ−
ки, на которой был выполнен эксперимент по
формированию электронно-микроскопического
изображения пучком, ускоренным в СПР. Вверху виден
криостат с СПР; средняя и нижняя часть фото -
оптическая колонна электронного микроскопа ЭМВ-150.
Электронная пушка с низковольтной группировкой пучка
размещена над криостатом и на фотографии не видна.
Рис. 3. Электронно-микроскопическое изображение тест-
объекта, полученное с помощью э/оптической колонны
ЭМВ-150 и пучка, ускоренного в СПР до 70 кэВ. Фазовая
ширина сгустков пучка ≈3°, ток 0,5 мкА в непрерывном
режиме. Увеличение 3000 Х.
При возбуждении СУС импульсным (τимп=10 мкс)
электронным пучком (iимп=0,8 А) с энергией 10 МэВ
не было обнаружено каких-либо паразитных высших
модов типа НЕМ11 или других. На рис. 4а показана
дисперсионная характеристика структуры при
Т=300°К и 4,2°К, а на рис. 4,б - осциллограмма спада
СВЧ-сигнала, возбужденного в СУС электронным
пучком.
а б
Рис. 4. а- дисперсионные характеристики ускоряющей
системы из 31 полного периода при комнатной и гелиевой
температурах;б- форма СВЧ-сигнала, возбужденного в
сверхпроводящей ускоряющей системе электронным
пучком с энергией 10 МэВ при импульсном токе 0,8А(одна
клетка - 100 мксек).
Некоторые из перечисленных выше результатов
стали, другие вполне могли стать истоками новых
научно-технических направлений в развитии
ускорительной техники и не только в ХФТИ. Однако с
начала 80-х годов становилось все яснее, что
состояние народного хозяйства страны,
96
организационно финансовые и другие трудности не
позволят рассчитывать на успешное продолжение или
новую постановку серьезных научно−технических
задач по сверхпроводящим ЛУЭ − даже несмотря на
криогенную базу, созданную в отделе ЛУЭ за 1975 −
1979 гг. Поэтому перестройка тематики по ЛУЭ
началась заблаговременно. Ввиду значительно
возросшей к этому времени потребности в
ускорителях для радиационных технологий нами в
ХФТИ ускоренными темпами была выполнена
разработка и создан полупромышленный
радиационный комплекс с сильноточным ускорителем
ЛУ-10 [7], который имеет надежную биологическую
защиту, средства транспортировки объектов в
рабочую зону, выходной зал с устройствами для
радиационной обработки больших количеств объектов
и т.д. Как показали дальнейшие события, эта
крупномасштабная акция оказалась весьма
плодотворной. В частности, она способствовала
финансированию работ отдела ЛУЭ в 1993- 1997 гг. и
определенным образом стимулировала создание еще
двух прикладных ускорителей. Комплекс ЛУ-10
вступил в действие в 1988 году. При его наладке в
диапазоне импульсных токов от 0,7А и выше
пришлось столкнуться с ранее не встречавшимся
явлением возбуждения в камере сканирующего
магнита паразитных колебаний, отклоняющих пучок в
поперечном направлении, ограничивающих величину
ускоренного тока на выходе и вызывающих перегрев
камеры [8]. Исследование этого явления
неустойчивости, внешне подобного хорошо
известному “укорочению” токового импульса в ЛУЭ
[9], показало, что в данном случае камера сканатора
служит для пучка резонатором, в котором он
возбуждает не гибридный мод НЕМ11 как в
диафрагмированном волноводе ЛУЭ, а мод ТМ11n
(частота 8300 Мгц). В дальнейшем с этой
неустойчивостью столкнулись также на других ЛУЭ, в
частности, в НИИЭФА (г. С-Петербург). Проведенные
нами расчеты и эксперименты позволили выработать
меры преодоления этой неустойчивости. В 1993 году
комплекс ЛУ-10 был модернизирован с
использованием ранее исследованной нами [6] схемы
сложения СВЧ-мощности. Это позволило получать на
ЛУ-10 пучки электронов со средней мощностью до 15
кВт при энергии 12 - 15 МэВ и энергетическом
разбросе на полувысоте спектра 2,5% в оптимальном
режиме при Iимп ∼1 А. С момента создания комплекс
ЛУ-10 отработал на прикладные задачи более 30
тысяч часов. Выполнена большая программа работ по
стерилизации медицинских изделий (только
одноразовых шприцев стерилизовано более 50 млн.
штук), по радиационной модификации
полупроводниковых материалов и изделий,
радиационной обработке минералов, исследованию
радиационной стойкости реакторных материалов и
оборудования и т.д.
Исследования и разработки резонансных
сверхпроводящих СВЧ-систем проводили сотрудники
отдела ЛУЭ ХФТИ Э.С.Злуницын, А.И.Зыков,
В.А.Кушнир, Б.Р.Князев, В.Н.Плиско, С.В.Блажевич.
Работами по созданию ЛУ-10 руководил А.И. Зыков,
инженерное и технологическое руководство
осуществлял Э.С. Злуницын, разработку
технологических систем и оборудования выполнили
В.А. Кушнир, В.Л. Уваров, Е.З.Биллер,
Г.Д. Крамской, Г.Л. Фурсов, Е.В. Авдеев,
М.А Гладких и другие. Проектирование
технологической и строительной части выполнено в
СКБ − Г.И. Евсеев, П.Г. Гуртовенко, Б.А. Лишенко,
А.А. Шелюбская и другие.
Литература
1. Zlunitsyn E.S., Zykov A.I., Kushnir V.A.
CRIOGENICS. v14, N1, p.45-47 (1974).
2. Злуницын Э.С., Зыков А.И. и др. Препринт
ХФТИ АН УССР, ХФТИ 78- 19 (1978).
3. Злуницын Э.С., Зыков А.И. и др. Отчет по теме
“Исследование возможности применения
сверхпроводящего ускорителя в
высоковольтном электронном микроскопе”,
ХФТИ АН УССР, Харьков (1976).
4. Злуницын Э.С., Зыков А.И. и др. ВАНТ, СЕРИЯ:
ТЕХНИКА ФИЗИЧЕСКОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА, вып.3(24), 1-87,с.41-44
(1985).
5. Злуницын Э.С., Зыков А.И. и др. ВАНТ, СЕРИЯ:
ТЕХНИКА ФИЗИЧЕСКОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА, вып.2(28), 1-81, с.37-
39,(1986).
6. Злуницын Э.С., Зыков А.И. и др. Отчет по теме
”Изучение оптимальных вариантов создания
сильноточных ЛУЭ с большим заполнением”.
ХФТИ АН УССР, Харьков (1983).
7. V.I.Beloglazov, E.S.Zlunitsyn, A.I.Zykov at al.
Proceeding of the FIFTH European Particle
Accelerator Conferenct (EPAC-96), v.1,p 798-
800 (1996).
8. Злуницын Э.С., Зыков А.И. и др. Тезисы докладов
VII Совещания по применению ускорителей
заряженных частиц в народном хозяйстве, С-
Петербург, 16-18 июня 1992 г., Изд-во
Москва:ЦНИИатоминформ, с.8 (1992).
9. Вишняков В.А., Гришаев И.А., Зыков А.И. ЖТФ,
т.36 №11, с.2091-2093 (1966).
Статья поступила: в редакцию 25 мая 1998 г.,
в издательство 1 июня 1998 г.
97
При возбуждении СУС импульсным (tимп=10 мкс) электронным пучком (iимп=0,8 А) с энергией 10 МэВ не было обнаружено каких-либо паразитных высших модов типа НЕМ11 или других. На рис. 4а показана дисперсионная характеристика структуры при Т=300°К и 4,2°К, а на рис. 4,б - осциллограмма спада СВЧ-сигнала, возбужденного в СУС электронным пучком.
Литература
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79586 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:19:37Z |
| publishDate | 1999 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Злуницын, Э.С. Зыков, А.И. 2015-04-03T13:49:03Z 2015-04-03T13:49:03Z 1999 Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ / Э.С. Злуницын, А.И. Зыков // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 1. — С. 95-97. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79586 ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Техника ускорения электронов Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ Article published earlier |
| spellingShingle | Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ Злуницын, Э.С. Зыков, А.И. Техника ускорения электронов |
| title | Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ |
| title_full | Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ |
| title_fullStr | Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ |
| title_full_unstemmed | Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ |
| title_short | Исследования и разработки резонансных СВЧ-систем для сверхпроводящих и сильноточных ЛУЭ |
| title_sort | исследования и разработки резонансных свч-систем для сверхпроводящих и сильноточных луэ |
| topic | Техника ускорения электронов |
| topic_facet | Техника ускорения электронов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79586 |
| work_keys_str_mv | AT zlunicynés issledovaniâirazrabotkirezonansnyhsvčsistemdlâsverhprovodâŝihisilʹnotočnyhlué AT zykovai issledovaniâirazrabotkirezonansnyhsvčsistemdlâsverhprovodâŝihisilʹnotočnyhlué |