устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона
Классы МПК: | G21K1/087 с помощью электрических средств |
Автор(ы): | Пирогов Н.В., Головков В.М. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-03-27 публикация патента:
27.06.1999 |
Устройство относится к ускорительной технике и может использоваться для облучения полимерной пленки при производстве так называемых ядерных фильтров (трековых мембран). Устройство состоит из отклоняющих пластин, повышающего трансформатора, генератора отклоняющего напряжения, при этом вторичная обмотка трансформатора соединена с отклоняющими пластинами, а первичная - с выходом генератора отклоняющего напряжения. Отличием устройства является то, что в качестве генератора отклоняющего напряжения используется генератор низкочастотного синусоидального напряжения и в состав устройства дополнительно введен формирователь управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом указанного генератора, а выходы - с источником ионов и ВЧ генератором циклотрона. В устройстве для отклонения пучка используется линейная часть низкочастотного синусоидального напряжения, при этом для исключения потерь пучка ускорение ионов циклотроном производится только в течение времени действия линейной части синусоидального напряжения, прикладываемого к пластинам отклоняющей системы. В результате достигается полное использование пучка ионов при равномерной развертке ионного пучка и упрощается устройство. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, содержащее отклоняющие пластины, подключенные ко вторичной обмотке повышающего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к генератору отклоняющего напряжения, отличающееся тем, что генератор отклоняющего напряжения выполнен в виде генератора синусоидального напряжения и дополнительно введен формирователь управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом генератора отклоняющего напряжения, а выход с модулятором источника ионов и модулятором высокочастотного генератора циклотрона. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что начало импульса с формирователя, отпирающего источник ионов и высокочастотный генератор циклотрона, и его длина выбираются в пределах фазовых углов отклоняющего напряжения![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132074/948.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132074/948.gif)
Описание изобретения к патенту
Устройство относится к ускорительной технике и предназначено для равномерной развертки пучка тяжелых ионов, полученного на циклотроне, по ширине облучаемой мишени и может использоваться для облучения полимерной пленки при производстве так называемых ядерных фильтров (трековых мембран), для которых равномерность плотности ионного облучения является одним из основных параметров. Известно устройство, в котором используется электростатический метод отклонения пучка (см. М.Талах. Высоковольтный генератор пилообразного напряжения для равномерного распределения циклотронного пучка ионов. - Препринт ОИЯИ, 9-88-846, Дубна, 1988. - 6 с.). Это устройство содержит отключающие пластины, высоковольтный трансформатор, высокочастотный (ВЧ) генератор отклоняющего напряжения. Выход генератора соединен с первичной обмоткой высоковольтного трансформатора, а ко вторичной обмотке трансформатора подключены отклоняющие пластины. ВЧ генератор включает симметричный мультивибратор с двумя выходами, вырабатывающий две последовательности прямоугольных импульсов, причем импульсы на выходах мультивибратора находятся в противоположных фазах, два согласующих каскада, подключенных к ключевой мостовой схеме, состоящей из четырех транзисторных ключей. К одной диагонали моста подключен источник питания, а к другой - первичная обмотка повышающего трансформатора. Импульсы, поступающие от мультивибратора, поочередно открывают и закрывают соответствующие пары ключей моста, и напряжение источника питания через повышающий трансформатор заряжает и разряжает емкость отклоняющих пластин. В результате на пластинах создается пилообразное напряжение высокой частоты. Частота отклоняющего напряжения - 6-12 кГц, а его размах до 30 кВ от пика до пика. Данное устройство принимаем за прототип. Недостатком прототипа является влияние нескольких факторов, вызывающих отклонение пилообразного напряжения на пластинах от линейной зависимости напряжения от времени:а) искажения вследствие экспоненциальной зависимости напряжения на емкости от времени. Величина относительного отклонения напряжения
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132074/948.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132580/2132580-2t.gif)
где Uc - напряжение, создаваемое на первичной обмотке трансформатора;
Ui - напряжение источника питания моста. Из этой формулы следует, что для достижения
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132074/948.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132067/8773.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132067/8773.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132010/916.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132010/916.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132010/183.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132010/916.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132067/8773.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132010/916.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132074/948.gif)
б) искажение формы импульса из-за насыщения магнитного потока в сердечнике повышающего трансформатора. Для получения высокого отклоняющего напряжения требуется высокочастотный трансформатор, выполненный на основе ферритового сердечника. Как указывается в описании прототипа, влияние насыщения сказывается на форме напряжения при напряжении более 12,5 В/виток или при
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132010/916.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132066/8805.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132074/948.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132067/8773.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132074/948.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132580/2132580-3t.gif)
Данное устройство было реализовано на циклотроне Р7М для развертки пучка ионов при облучении полимерной пленки. Генератор отклоняющего напряжения включал два мостовых трехфазных выпрямителя 10, 11 сетевого напряжения с частотой 50 Гц, к выходу одного из которых подключен вход LC фильтра 14 с резонансной частотой 300 Гц, выход которого соединен с входом усилителя мощности 12. На выходе усилителя 12 возникало напряжение амплитудой до 75 В с частотой 300 Гц, которое поступало в первичную обмотку повышающего трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключены пластины отклоняющей системы. Повышающий трансформатор 3 выполнен на унифицированном сердечнике ПЛ 40х40х160 мм из стали Э350 сечением 16 см2, первичная обмотка имеет (40х2) витков, вторичная (1600х2) витков. Использование сети переменного тока, питающей циклотрон для формирования отклоняющего напряжения низкой частоты, позволяет синхронизовать работу отклоняющей системы с работой других систем циклотрона и уменьшить нестабильность пучка. Одновременно с усилителя 12 низкой частоты синусоидальное напряжение подается через фазовращатель 13 на вход формирователя 2 управляющих сигналов. На практике для достижения относительной неравномерности развертки
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132074/948.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132067/8773.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132067/8773.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132067/8773.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132067/8773.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132080/981.gif)
![устройство для равномерной развертки ионного пучка циклотрона, патент № 2132580](/images/patents/339/2132067/8773.gif)