Ускоряющий резонатор изготавливается из бескислородной меди и вакуумноплотно спаивается серебряным припоем. Каждая деталь имеет 16 каналов для водяного охлаждения. После пайки они образуют цепь водяного охлаждения.
5.4. Конверсионная мишень
Конверсионная мишень предназначена для конверсии пучка ускоренных электронов в пучок тормозного излучения. Конверсионная мишень включает тонкую пластинку, изготовленную из металла с большим атомным номером для увеличения выхода тормозного излучения и с большой температурой плавления для обеспечения термостойкости мишени. Подходящий материал – вольфрам. Вольфрамовая пластинка припаивается к медному водоохлаждаемому радиатору.
Эскиз и фото конверсионной мишени показаны на рис. 5.9.
а б Рис. 5.9. Конверсионная мишень. Градации яркости − температура в К
В процессе конверсии в импульсном режиме работы пиковая температура в вольфраме может достигать больших значений. Временная зависимость температуры в мишени в режиме дуальной энергии показана на рис. 5.10.
127
Рис. 5.10. Временная зависимость температуры в мишени
Распределение максимальной температуры в продольном сечении мишени показано на рис. 5.11.
Рис. 5.11. Распределение максимальной температуры (К) в сечении мишени
5.5. Система СВЧ питания
Система СВЧ питания основана на использовании импульсного клистрона. Она включает следующие узлы:
•стабильный задающий генератор для генерации рабочей частоты СВЧ колебаний,
•вектор-модулятор для управления амплитудой и фазой колебаний,
128
•СВЧ ключ для формирования СВЧ импульса,
•СВЧ контроллер, включающий, фазовый детектор для автоматического слежения частоты генерации за собственной частотой ускоряющего резонатора, набор детекторов для регистрации уровня мощности клистрона, отраженной мощности и уровня поля в ускоряющем резонаторе,
•СВЧ усилитель для обеспечения необходимого уровня СВЧ сигнала на входе клистрона,
•клистрон для обеспечения необходимого уровня СВЧ мощности на входе ускоряющего резонатора,
•соленоид для фокусировки пучка электронов в клистроне,
•направленный ответвитель для измерения мощности клистрона и регистрации отраженной мощности на выходе клистрона,
•ферритовый циркулятор для СВЧ развязки клистрона и ускоряющего резонатора,
•волноводный тракт для соединения клистрона и ускоряющего резонатора,
•волноводное вакуумное окно для разделения газонаполненной и вакумированной частей волноводного тракта,
•система наполнения волноводного тракта элегазом для повышения его электрической прочности.
На рис. 5.12−5.14 показаны соленоид с клистроном, клистрон и ферритовый циркулятор.
Рис. 5.12. Общий вид клистрона внутри соленоида
129
Рис. 5.13. Общий вид клистрона
Рис. 5.14. Ферритовый циркулятор
130
Основные параметры клистрона приведены в табл. 5.3.
Таблица 5.3
Основные параметры клистрона
Параметр |
Значение |
Рабочая частота f , МГц |
2856 |
|
|
Импульсная мощность P, МВт |
5 |
|
|
Средняя мощность Pc, кВт |
10 |
Катодное напряжение U, КВ |
138 |
|
|
Импульсный катодный ток I, А |
92 |
|
|
Длительность импульса τ, мкс |
10 |
|
|
В описанной схеме СВЧ питания частота генерации фиксируется кварцевым задающим генератором. Она должна быть равной собственной частоте ускоряющего резонатора. Однако собственная частота ускоряющего резонатора в процессе работы может изменяться из-за тепловых эффектов. Собственная частота определяется температурой резонатора, которая в свою очередь определяется средней мощностью СВЧ потерь и эффективностью работы системы термостабилизации. Зависимость частоты от температуры в S-диапазоне частоты определяется производной df/dt= −0,05 МГц/град.
Блок-схема системы СВЧ питания приведена на рис. 5.15. Система СВЧ питания содержит цепь обратной связи, управляющую частотой. Два СВЧ сигнала из задающего генератора и из направленного ответвителя передаются в фазовый детектор СВЧ контроллера, где происходит измерение разности фаз этих сигналов. В случае, если частота генерации совпадает с собственной частотой резонатора, то разность фаз устанавливается равной нулю. Если в процессе работы собственная частота резонатора изменится под воздействием СВЧ мощности, выделяющейся в ней, то разность фаз станет отличной от нуля, и алгоритм управления подразумевает два различных действия.
131
М |
Н1 |
Н2 |
|
|
|
|
|
||
К |
НО1 |
О |
НО2 |
УР |
У |
|
Ц |
|
|
|
|
|
|
|
СВЧ |
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
ВМ |
|
|
|
|
ЗГ |
|
СВЧКОН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БН |
|
|
Рис. 5.15. Блок-схема системы СВЧ питания: ЗГ – задающий генератор, ВМ – вектор-модулятор, СВЧК – СВЧ ключ, У – усилитель, К – клистрон, М – модулятор, НО1 и НО2 – направленные ответвители, Ц – ферритовый циркулятор, Н1 и Н2 – волноводные нагрузки, О – керамическое волноводное окно, УР – ускоряющий резонатор, БН – быстрый нагреватель, СВЧКОН – СВЧ
контроллер
Во-первых, если разница частот достаточно большая, то собственная частота резонатора должна быть приближена к рабочей частоте. Для этого в цепь термостабилизации резонатора включен быстрый нагреватель, мощность которого и соответственно температура жидкостного теплоносителя, могут быть увеличены или уменьшены с постоянной времени, определяемой скоростью протока жидкости.
Во-вторых, в узком диапазоне частота задающего генератора устанавливается равной собственной частоте резонатора.
В обоих случаях сигнал разности фаз, отличный от нуля, подается в СВЧ контроллер, в котором принимается решение либо о подстройке собственной частоты резонатора, и в этом случае подается управляющий сигнал на быстрый нагреватель, либо о
132