ускоритель высокоскоростных твердых частиц

Формула изобретения

Ускоритель высокоскоростных твердых частиц, содержащий инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, мишень, и отличающийся тем, что дополнительно установлена диэлектрическая камера высокого давления, наполненная гексафторидом серы, в которой соосно ей установлены цилиндрические электроды, введены блок формирования девиации частоты, высокочастотный конвертор, повышающий импульсный трансформатор, входы блока формирования девиации частоты соединены с выходами селектора скоростей и селектора удельных зарядов, выход блока формирования девиации частоты подключен к управляющему входу высокочастотного конвертора, в плечи которого включена первичная обмотка повышающего импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к цилиндрическим электродам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для моделирования микрометеоритов и техногенных частиц.

Известен ускоритель высокоскоростных твердых частиц, основанный на ускоряющей системе Слоуна-Лоуренса, состоящий из инжектора, линейного ускорителя, генератора Ван-де-Граафа, цилиндрических электродов, каждый последующий из которых имеет больший по сравнению с предыдущим продольный размер, генератора высоковольтного синусоидального напряжения постоянной частоты и мишени (D.B. Becker, J.F. Friichtenicht. Measurement and interpretation of the luminous efficiencies of iron and copper simulated micrometeors. / Nuclear science, 1965, № 6).

Наиболее близким является линейный ускоритель для моделирования микрометеоритов, состоящий из инжектора, индукционных датчиков, усилителей, линейного ускорителя, источника фиксированного высокого напряжения, цилиндрических электродов, селектора скоростей, селектора удельных зарядов, генератора изменяемых во времени частоты и длительности импульсов в пачке, блока сопряжения, электронно-вычислительной машины, усилителя пачки импульсов переменной длительности, каскадного генератора и мишени (Патент RU № 2205525, МПК Н05Н 5/00, бюл. № 15, опубл. 27.05.2003)

Однако он обладает рядом недостатков:

- Сложная и не надежная схема электродинамической части ускорителя.

- Невозможность повысить напряжение ускоряющей секции электродинамического ускорителя, из-за конструктивных особенностей и ограничений, наложенных на ключевые элементы усилителя пачки импульсов.

- Недостаточная конечная скорость пылевых частиц.

Поставлена задача разработать ускоритель, свободный от указанных недостатков, при сохранении широкого диапазона ускоряемых частиц.

Поставленная задача решается тем, что в ускорителе, содержащем инжектор, индукционные датчики, усилители, линейный ускоритель, источник фиксированного высокого напряжения, цилиндрические электроды, селектор скоростей, селектор удельных зарядов, мишень, согласно изобретению добавлена камера высокого давления, наполненная гексафторидом серы, в пространстве которой установлены цилиндрические электроды, а вакуумный ускорительный тракт, по которому с ускорением движутся частицы, отделен диэлектрической стенкой камеры, введены блок формирования девиации частоты, высокочастотный конвертор, повышающий импульсный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом высокочастотного конвертора, управляющий вход которого подключен к блоку формирования девиации частоты, вторичная обмотка повышающего импульсного трансформатора соединена с цилиндрическими электродами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид ускорителя совместно с обслуживающей аппаратурой.

Устройство содержит инжектор 1, индукционные датчики 2, усилители 3, линейный ускоритель 4, источник фиксированного высокого напряжения 5, цилиндрические электроды 6, селектор скоростей 7, селектор удельных зарядов 8, блок формирования девиации частоты 9, блок сопряжения 10, электронно-вычислительную машину 11, высокочастотный конвертор 12, повышающий импульсный трансформатор 13, мишень 14, камеру высокого давления 15. Каждый из индукционных датчиков 2 соединен с входом соответствующего усилителя 3, выход первого усилителя 3 соединен с первым входом селектора удельных зарядов 8, выход второго усилителя 3 соединен с входом селектора скоростей 7 и вторым входом селектора удельных зарядов 8, выход селектора скоростей 7 и выход селектора удельных зарядов 8 соединены с входами блока формирования девиации частоты 9, выход блока девиации частоты 9 соединен с управляющим входом высокочастотного конвертора 12, выходы которого соединены с первичной обмоткой повышающего импульсного трансформатора 13, вторичная обмотка повышающего импульсного трансформатора соединена с цилиндрическими электродами 6, расположенными в камере высокого давления 15, выход третьего усилителя 3 соединен с входом блока сопряжения 10, который соединен с электронно-вычислительной машиной 11 и блоком формирования девиации частоты 9.

Устройство работает следующим образом. Инжектор 1 генерирует заряженные частицы в заданном диапазоне масс с частотой порядка 1 Гц. Заряженная частица последовательно проходит первый индукционный датчик 2, линейный ускоритель 4, второй индукционный датчик 2, цилиндрические электроды 6, расположенные в камере высокого давления, третий индукционный датчик 2 и попадает на мишень 14. Первая пара индукционных датчиков 2 и линейный ускоритель 4 предназначены для определения параметров частицы (удельного заряда Q/m и начальной скорости V₀). Пролетая внутри индукционного датчика, частица наводит на него потенциал обратного заряду частице знаку. Так как датчик изготовлен из металла, то его поверхность эквипотенциальна, а значит, не имеет значения, с какой части снимать напряжение. По поступающим с индукционных датчиков сигналам, селектор скоростей 7 и селектор удельных зарядов 8 формируют на своих выходах цифровой код начальной скорости частицы и код ее удельного заряда. В селекторе скоростей 7 измеряются временные интервалы пролета частицей центров датчиков для первого и второго индукционных датчиков 2. Измеренные временные интервалы прямо пропорциональны скорости движения частицы. Пройдя через линейный ускоритель 4, частица получает приращение скорости. Аналогично первому датчику работает второй. По цифровым данным полученных с селектора скоростей 7 и селектора удельного заряда 8 блок формирователя девиации частоты 9 генерирует в течение непродолжительного промежутка времени управляющий сигнал с увеличивающейся во времени частотой, этот сигнал напрямую управляет силовыми каскадами высокочастотного конвертора 12, в плечи которого включена первичная обмотка повышающего импульсного трансформатора 13. На вторичной обмотке трансформатора генерируется высокое напряжение, близкое по форме к управляющему сигналу блока формирователя девиации частоты 9 и той же частоты. Уровень полученного импульсного напряжения может быть любым и ограничивается только напряжением пробоя между цилиндрическими электродами 6, для повышения пробойного напряжения цилиндрические электроды изолированы от вакуумной камеры, в которой происходит ускорение пылевых заряженных частиц и помещены в диэлектрическую камеру высокого давления 15, в которую под давлением закачен гексафторид серы. Высокое импульсное напряжение с трансформатора создает ускоряющее поле между каждой парой электродов 6. Данное поле меняется во времени синхронно с перемещением частицы в ускоряющем тракте. Параметры частоты управляющего сигнала выбираются из ряда данных, заранее заложенных в блок формирования девиации частоты 9 с ЭВМ 11. Третий индукционный датчик 2 подключен к блоку сопряжения 10 и служит для получения выходных данных о скорости частицы. Затем уже ускоренная частица попадает на мишень 14 и весь процесс повторяется. ЭВМ 11 производит статистику эксперимента и динамическое управление ускорителем.

Применение предложенного технического решения позволяет увеличить выходную скорость заряженных пылевых частиц, снизить сложность и стоимость ускорителя, при этом сохранив широкий рабочий диапазон ускоряемых частиц. Увеличение скорости происходит благодаря возможности значительно повысить напряжение, прикладываемое к каждой паре цилиндрических электродов, при этом из схемы убраны высоковольтные коммутаторы, являющиеся не надежными, дорогостоящими и сложными в управлении элементами конструкции, а формирование импульсного ускоряющего напряжения происходит в низковольтной части схемы и только потом трансформируется в высокое напряжение, посредством повышающего импульсного трансформатора. Надежность установки повышается благодаря помещению электродов в элегазовую среду, что снижает вероятность пробоя, а обслуживание ускорителя становится более безопасным для персонала, так как убрана одна из высоковольтных цепей постоянного тока.