Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
фективность ионных при импульсном токе - I MB.
источников ионов /0 ~
достигает 50 — 60%
I MA ij напряжении
Рис. 2. Траектории электронов в диоде с малым (а) и большим (б) токами; в — в диоде с магнитной изоляцией.
где у ж 27 + 1 — полная энергия электронов в еди-ницах энергии покоя т0с2. Для формирования выве-504 денного пучка С. у. часто используют цилиндрич.
Рис. 3. Схемы ионных диодов с магнитной изоляцией (а) и рефлексных диодов (б): H — катод; А — анод; TI — поверхностная плаама; H — поперечное магнитное поле; Тр_ — траектории электронов; Tp + — траектории ионов; Б — виртуальный катод (плоскость остановки электронов).
вавие напряжений модулей до 20 MB на одном диоде осуществлено в установке «Гермес»-Ш с помощью длинного магнитоизолиров. штока-катододержателя, закреплённого лишь иа низковольтном коице и проходящего через все модули.
В табл. 2 приведены нек-рые параметры американских С. у. (уже созданной установки «Гермес» и разрабатываемой установки EDNA) с последоват. суммированием напряжений отд. модулей.
Табл. 2.—Параметры сильноточных ускорителей со сложением напряжений модулей
«Гермес»-Ш (США) EDNA (США)
Выходное напряжение, MB . . . 22 47
Выходной ток, MA 0,73 1,2
Длительность импульса, не . . . 40 60
Суммат ор
Длина, м 16 37
Число индукторов 20 40
Напряжение на индукторе, MB 1. і 1,2
Одинарные формирующие линии
Число 80 160
Импеданс. Ом 5 4
Зарядное напряжение, MB . . . 2,6 2,9
Генератор мощных высоковольтных импульсов. В
большинстве С. у. первичное накопление энергии осуществляется в конденсаторах С (ркс. 1) при сравнительно низком напряжении (~100 кВ), после чего следует увеличение напряжения иа один-два порядка либо с помощью !імпульсного трансформатора, либо коммутацией конденсаторной батареи из параллельного соединения в последовательное (схема Аркадьева — Маркса). Если длительность импульса больше времени работоспособного состояния диода, то приходится вводить «обостритель» импульсов (усилитель мощности) в одном или нескольких каскадах. Эти каскады обычно выполнены в виде отрезков линий передач, погружённых в диэлектрик для увеличения уд. энергоёмкости. Для этого используют жидкие диэлектрики (трансформаторное и касторовое масло в случае высокого напряжения, воду — низкого), не «запоминающие» пробоев и имеющие повыш. электрич. прочность при длительности импульса, меиыпей ~1 мкс. Применение воды, имеющей высокую диэлектрич. проницаемость, и следовательно энергоёмкость, позволяет сократить размеры линии, ио требует тщательной очисткн и деионизации, чтобы исключить потери энергии за времена порядка
4 — 10 мкс. Для малых напряжений и больших токов используются одинарные линии, в обратном случае — двойные (т. и. линии Блюмляйиа), создающие удвоение напряжения на нагрузке, к-рой служит диод. В С. у. с малой запасаемой энергией низиоиндуктивиый источник может непосредственно обеспечить иа диоде импульс напряжения длительностью <, 100 не. Такую же схему имеют С. у. с длительностью пучка »1 мкс, ио в отом случае схема Аркадьева — Маркса обычно собирается из искусств, длинных линий. Это позволяет получить на диоде импульсное напряжение, близкое к прямоугольному.
Поскольку ток и мощность С. у. определяются напряжением генератора высоковольтпых импульсов, имеющим естеств. техн. ограничения, для достижения экстремальных параметров используется конструкция из модулей с умеренными параметрами каждого модуля и сложением выходных токов или напряжений спец. сумматорами. Так. в исследованиях по ииерциальному УТС мощность пучка должна составлять десятки ТВт при энергии электронов ~10б эВ или лёгких иоиов -IO7 эВ. Для создания С. у. с такими выходными параметрами пучков разработаны схемы высоковольтных ускорителей с параллельным включением выходов иеск. десятков модулей. Примеры таких установок — Proto-2 и PBFA-2 (США) и «Ангара»-5 (СССР) (табл. 1).
Табл. 1.—Параметры сильноточных ускорителей с параллельным соединением модулей
PBFA-2 (США) «Ангара»-5 (СССР)
Число модулей SG 8 (проект 48)
Энергоавиас пучка,- МДж 13 0,7(4,2)
Мощность пучка, ТВт . . . 100 9(50)
Параметры модуля
VwiX, MB Энергозапас. МДж G 2,3
0, 36 0,29
Формирующая линия (вода) двойная
Тип одинарная
0,130 —
V3ap, MB 4,6 2,1
50 90
УиМП, MB 2,7 1,8 1,1
Pirin, ТВт 2,8
Для повышения энергии частиц в С. у. используется последоват. включение модулей, т. е. до ускорение пучка. Практически это делается в линейных иидукц. ускорителях либо в аналогичной по принципу действия последовательности ускоряющих промежутков, питаемых от собств. линий передачи. Непосредств. суммиро-
Траиспортировка пучков С. у. иа большое расстоя- ‘ иие представляет собой сложную проблему, связанную с преодолением сил пространствениого заряда и тока (см. Сильноточные пучки). Без компенсации пространственного заряда электронный пучок радиуса а может быть проведён в продольном магн. поле, жёсткость к-рого аВ » 1,7 у [кГс*см], ио макс. ток ограничен теоретич. значением « 8,5(^*—1 )а^а/1п (Д/а)[кА], где R — радиус канала транспортировки- При наличии в пучке положит, иоиов с относит, плотностью >v~a (иапр., при распространении в плазме низкой концентрации) поперечное расталкивание электронов сменяется сжатием. Необходимая плотность ионов устанавливается также при транспортировке электронных пучков в вакуумных каналах, на периферии к-рых имеется или создаётся самим пучком плотная плазма. Транспортировка ио иных пучков С. у. ие может быть обеспечена внеш. полями и требует компенсации сил пространственного заряда иоиов медленными сопутствующими электронами. На практике такая нейтрализация осуществляется на выходе ионов из диодов.
