Патент на изобретение №2378806

(54) ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА ГЕНЕРАТОРА НЕЙТРОНОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области технической физики, а именно к ускоряющим структурам линейных резонансных ускорителей ионов, и предназначено для ускорения легких ионов в малогабаритных транспортных генераторах нейтронов. Высокочастотная ускоряющая структура генератора нейтронов размещена в вакуумноплотном кожухе. Ускоряющая структура содержит объемный Н-резонатор в виде металлического “П”-образного короба. Короб состоит из двух параллельных стенок. Стенки короба соединены перпендикулярно расположенным к ним основанием. На стенках короба укреплены торцами штанги. Трубки дрейфа укреплены на противоположном торце штанги. Экран “Н” резонатора образован цилиндрической обечайкой и укрепленными на ней торцевыми днищами. Обечайка и днища выполнены перфорированными. Площадь отверстий перфорации определяется из соотношения. На внешней поверхности обеих стенок короба укреплены на определенном расстоянии друг от друга постоянные магниты. Магнитные полюса у соседних магнитов разноименные. Магниты на противоположных стенках размещены со смещением вдоль оси структуры на определенное расстояние. На внутренней поверхности стенок короба за магнитами укреплены ленты. Ленты изготовлены из нераспыляемого гетера. Изобретение направлено на устранение высокочастотного резонансного разряда. 3 ил.

Изобретение относится к области технической физики, а именно к ускоряющим структурам линейных резонансных ускорителей ионов, и может быть использовано для ускорения легких ионов, в частности дейтронов, в малогабаритных транспортных генераторах нейтронов.

Известна высокочастотная /ВЧ/ ускоряющая структура (“Radiation sources” edited by A.Charles’ by p.171-196. Pergaman Press 1964 Oxford), позволяющая ускорять легкие ионы. При бомбардировке ими нейтронно-образующей мишени появляется рабочее нейтронное излучение, однако большие размеры структуры не позволяют использовать ее в малогабаритных транспортных генераторах нейтронов.

Наиболее близкой по конструктивным признакам к изобретению является принятая за прототип известная структура /а.с. СССР 1777542/, содержащая размещенный в вакуумно-плотном кожухе объемный Н резонатор выполненный в виде металлического “П”-образного короба /ПК/, состоящего из двух параллельных стенок, соединенных перпендикулярно к ним расположенным основанием; последовательность трубок дрейфа, каждая из которых укреплена на торце штанги, присоединенной вторым торцем к внутренней поверхности одной из стенок ПК; металлический экран “Н” резонатора, образованный циллиндрической обечайкой и укрепленными на ней торцевыми днищами, снабженными перфорацией. Применение структуры прототипа в генераторах нейтронов позволило бы увеличить по сравненению с генераторами, использующими трубки с ускоряющим напряжением, не превышающим несколько сотен киловольт, выходную энергию дейтронов до мегавольтного уровня, при незначительном увеличении габаритов генератора. В результате появилась бы возможность замены нейтронно-образующей мишени, содержащей тритий, на мишень без последнего, например и выполненную из бериллия. При этом нейтронный выход снизился бы незначительно, но увеличилась бы долговременная его стабильность. Однако увеличение рабочего давления в структуре прототипе приводят к возникновению в ней низковольтного высокочастотного резонансного разряда /мультипакторного разряда/.

Целью изобретения является устранение этого разряда.

Техническая сущность изобретения состоит в создании постоянных магнитных полей, силовые линии которых имеют параллельные стенкам ПК 1 составляющие, взаимодействуя с которыми электроны возвращаются на стенку, с которой стартовали. Этим предотвращается двусторонний мультипакторный разряд. Размещением на внутренней поверхности стенок “П”-образного короба /ПК/ полос из не распыляемого гетера предотвращается развитие разряда в десорбированном со стенок ПК ударами возвращающихся электронов газе.

Технический результат достигается тем, что площадь экрана, занятая перфорацией Фп /м²/, определяется из соотношения:

где Ф /м²/ – площадь экрана до перфорации, К – коэффициент вторичной эмиссии материала, из которого изготовлен экран,

на внешней поверхности обеих стенок ПК укреплены на расстоянии А /м/ друг от друга постоянные магниты, в виде параллелепипедов шириной А /м/ и высотой, равной высоте стенки ПК в месте размещения магнита, гранича с ПК своими плоскостями, шириной А, не магниченными перпендикулярно этим плоскостям, средние линии которых размещены в плоскостях, перпендикулярных как оси структуры, так и поверхности стенки ПК, причем магнитные полюса у соседних магнитов разноименные, магниты на противоположных стенках размещены со смещением вдоль оси структуры на расстояние А, относительно проекции, на эту стенку магнитов противоположной стенки, так, что проекция магнита на противоположную стенку приходится на место, свободное от магнита;

на внутренней поверхности стенок ПК укреплены ленты, изготовленные из не распыляемого гетера, так что их средние линии лежат в плоскостях, проходящих через средние линии магнитов, размещенных за ними на противоположной поверхности той же стенки ПК; причем средняя величина магнитного поля на внутренней поверхности стенок ПК определяется из соотношения:

где R /м/ – расстояние между параллельными стенками “П”-образного короба, М=9,1×10^-31 /кг/ – масса электрона, Е=1,6×10^-19 /К/ – заряд электрона, И /В/ – максимальная величина напряжения в интервале значений, при которых возможно существование мультипакторного разряда между стенками ПК, определяемое из таблицы:

,

где F /Гц/ – рабочая частота структуры, R /м/ – расстояние между стенками короба.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фигуре 1 изображено сечение ускоряющей структуры плоскостью, перпендикулярной ее оси, а на фигуре 2 представлено сечение структуры плоскостью, перпендикулярной стенкам “П”-образного короба вдоль ее оси. Фигура 3 иллюстрирует область существования двустороннего мультипакторного разряда: диапазон ВЧ напряжений,

в котором возможно существование разряда при конкретных значениях произведения рабочей частоты структуры и расстояния между металлическими поверхностями, участвующими в разряде /Иллюстрация заимствована из книги: “Линейные ускорители ионов”, т.2, с.137/Под редакцией Б.П.Мурина. М.: Атомиздат 1978/.

Высокочастотная ускоряющая структура генератора нейтронов состоит из вакуумно-плотного кожуха /не показан/, экрана, размещенного в кожухе. Стенки экрана образованы обечайкой – 1 и двумя днищами – 2. И обечайка и днища выполнены перфорированными. Площадь отверстий перфорации Ф_п /м²/ определяется из соотношения (1).

В экране размещен объемный Н-резонатор, выполненный в виде “П”-образного короба /ПК/. ПК состоит из двух медных параллельных стенок – 3, соединенных перпендикулярным к ним медным же основанием – 4. На стенках короба укреплены торцами штанги – 5, на противоположных торцах которых укреплены трубки дрейфа – 6. Соседние трубки укреплены на противоположных стенках. На внешней поверхности обеих стенок ПК укреплены на расстоянии А /м/ друг от друга постоянные магниты – 7, в виде параллелепипедов шириной А /м/ и высотой, равной высоте стенки ПК в месте размещения магнита. Магниты граничат с ПК своими плоскостями, шириной А, и намагничены перпендикулярно этим плоскостям, средние линии которых размещены в плоскостях, перпендикулярных как оси структуры, так и поверхности стенки ПК, причем магнитные полюса у соседних магнитов разноименные, магниты на противоположных стенках размещены со смещением середин плоскостей, граничащих со стенками ПК параллельно оси структуры на расстояние А, относительно проекции на стенку середин плоскостей магнитов, укрепленных на противоположной стенке. Другими словами магниты на стенках укреплены так, что проекция магнита, укрепленного на противоположной стенке, приходится на место, свободное от магнита. На внутренней поверхности стенок ПК укреплены ленты – 8, изготовленные из не распыляемого гетера, так, что их средние линии лежат в плоскостях, проходящих через средние линии магнитов, размещенных за ними на противоположной поверхности той же стенки ПК; причем средняя величина магнитного поля на внутренней поверхности стенок ПК определяется из соотношения

где R /м/ – расстояние между параллельными стенками “П”-образного короба, М=9,1×10^-31 /кг/ – масса электрона, Е=1,6×10^-19 /К/ – заряд электрона, И /В/ – максимальная величина напряжения в интервале значений, при которых возможно существование мультипакторного разряда между стенками ПК определяемое из таблицы:

,

где F /Гц/ – рабочая частота структуры, R /м/ – расстояние между стенками короба.

Высокочастотная ускоряющая структура генератора нейтронов работает следующим образом. СВЧ электромагнитная энергия поступает от СВЧ-генератора черев вводы СВЧ-мощности /генератор и вводы не показаны/ и возбуждает в структуре рабочий тип электромагнитных колебаний. Между стенками короба возникает разность потенциалов; между трубками дрейфа – ускоряющиеся ионы дейтерия напряжение. Ускоренные ионы бомбардируют нейтронно-образующую мишень /не показана/, в результате образуется рабочее нейтронное излучение. Размещение на стенках короба соседних магнитов с равноименными полюсами обеспечивает параллельную поверхности стенок компоненту магнитного поля. Ее величина удовлетворяет соотношению – (2), и поэтому электроны, вылетающие с одной из стенок и ускоряющиеся электрической компонентой СВЧ рабочего типа колебаний к противоположной, не достигая ее, разворачиваются в магнитном поле и возвращаются к той, с которой стартовали. Двусторонний мультипакторный разряд, для которого необходимы вторичные электроны, выбиваемые из противоположной стенки, не развивается.

Ленты из не распыляемого гетера поглощают десорбирующийся со стенок возвращающимися на них электронами газ. Этим предотвращается развитие в структуре газового разряда. Выполнение экрана с перфорацией, удовлетворяющей соотношению /1/, предотвращает развитие мультипактора между экраном и “П”-образным коробом.

Формула изобретения

Высокочастотная ускоряющая структура генератора нейтронов, размещенная в вакуумноплотном кожухе, содержащая объемный Н-резонатор в виде металлического П-образного короба (ПК), состоящего из двух параллельных стенок, соединенных перпендикулярно расположенным к ним основанием; последовательность трубок дрейфа, каждая из которых укреплена на торце штанги, присоединенной вторым торцем к внутренней поверхности одной из стенок ПК, экран “Н” резонатора, образованный цилиндрической обечайкой и укрепленными на ней торцевыми днищами, снабженными перфорацией, отличающаяся тем, что площадь экрана, занятая перфорацией – Фп (м²), определяется из соотношения , где Фп (м²) – площадь экрана до перфорации, К – коэффициент вторичной эмиссии металла, из которого он изготовлен,
на внешней поверхности обеих стенок ПК укреплены на расстоянии А (м) друг от друга постоянные магниты в виде – параллелепипедов шириной А (м) и высотой, равной высоте стенки ПК в месте размещения магнита, которые граничат с ПК своими плоскостями, шириной А, намагниченными перпендикулярно этим плоскостям, средние линии которых размещены в плоскостях, перпендикулярных как оси структуры, так и поверхности стенки ПК, причем магнитные полюса у соседних магнитов разноименные, магниты на противоположных стенках размещены со смещением вдоль оси структуры на расстояние А относительно проекции на эту стенку магнитов противоположной стенки так, что проекция магнита на противоположную стенку приходится на место, свободное от магнита, на внутренней поверхности стенок ПК укреплены ленты, изготовленные из нераспыляемого гетера, так что их средние линии лежат в плоскостях, проходящих через средние линии магнитов, размещенных за ними на противоположной поверхности той же стенки ПК, причем средняя величина магнитного поля на внутренней поверхности стенок ПК, определяется из соотношения:
В>1/R·(2И·М/Е)^1/2,
где R (м), – расстояние между параллельными стенками П-образного короба, М=9,1·10^-31 (кг) – масса электрона, Е=1,6·10^-19 (K) – заряд электрона, И (В) – максимальная величина напряжения в интервале значений, при которых возможно существование мультипакторного разряда между стенками ПК определяемое из таблицы:
,
где F (Гц) – рабочая частота структуры, R (м) – расстояние между стенками короба.

РИСУНКИ