Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Малогабаритные бетатрони (МБ) на энергию (3-8) МЭВ
нашли применение во многих сферах деятельности человека и выпускаются малыми сериями для использования как внутри страны, так и за рубежом.
Наиболее широко МБ применяются для нермрушмощего контроля качества иатгриалов и изделий в условиях заводских цехов и строительных площадок, в передвижных радиационных лабораториях ках источники коротковолнового излучения. В медицине выцед^ипмП пучок электронов МБ применяется для лучевой терапии кожных заболеваний и интероперационного облучения. Особенность применения бетатрона в нестационарных условиях предъявляет к ним специальные требования : высокий коэффициент компактности; повышенный коэффициент функциональной загруженности узлов и элементов установки; - высокий коэффициент надежности всех узлов ускорителя.
Многолетняя эксплуатация МБ выявила их высокую надежность, относительную простоту конструкции и эксплуатации и то, что расширение области применения ограничивается сравнительно низкой интенсивностью излучения.
В ТПУ 'проводятся работы по увеличению интенсивности излучения установок с обычной (классической) конфигурацией управляющего поля за счет увеличения начальной энергии инжектированных электронов, увеличения объема области действия фокусирующих сил (ОДФС), улучшения механизма захвата.
Наряду с этими работами разрабатываются МБ с новой конфигурацией управляющего поля: - в бетатронах типа МИБ-4 управляющее поле выполнено с пространственной вариацией; - в цилиндрическом бетатроне (ЦБ) управляющее поле имеет пробочную конфигурацию.
Новая конфигурация управляющего поля (управляющее поле бетатронов типа МИБ-4) потребовала дополнительного исследования инжекшш с целью уточнения оптимальных параметров таких как: энергетический спектр захватываемых электронов, форма импульса тока инжектируемого пучка.
Пробочная конфигурация управляющего поля имеет качественное отличие от управляющего поля классического бетатрона, что н побудило исследовать эффективность тангенциальной инжекции из приполюсной области ускоряющего зазора в нарастающем поле ЦБ.
Данный эксперимент обусловил необходимость разработки более сложной (новой) системы формирования импульсов инжехции с нарастающим по заданному закону напряжением на фронте и вершине (формирование импульса заданной формы).
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка систем формирования импульсов тока и напряжения, повышающих эффективность инжекции в квазипостоянном и нарастающем полях обычной и пробочной конфигурации малогабаритного бетатрона.
-
Исследована и реализована возможность формирования запирающего напряжения на управляющем электроде (УЭ) емкостной целью управления- УЭ-катод, УЭ-анод, во Ьремя действия импульса напряжения инжекции.
-
Предложен и исследован способ формирования импульса напряжения инжекции с изменяющимся по заданному закону напряжением на фронте и вершине импульса для осуществления эффективной инжекции в нарастающем поле малогабаритного бетатрона.
-
Предложен метод расчета генератора импульсов с изменяющимся по заданному закону напряжением на вершине, основанный на представлении функции необходимого напряжения рядом Тейлора.
-
Исследовал механизм захвата электронов в ускорение в цилиндрическом бетатроне при тангенциальной инжекции в области магнитной пробки.
-
По результатам исследования создана компактная (за счет использования конструктивных емкостей инжектора) система формирования импульса тока инжекции, повышающая не менее чем на 40% величину захватываемого в ускорение заряда в бетатроне типа МИБ-4.
-
Предложена и создана система формирования импульса напряжения заданной формы для исследования захвата тангециального инжектированных из области магнитной пробки электронов в нарастающем поле пробочной конфигурации цилиндрического бетатрона. Использование данной схемы позволяет получить оптимальный ускоренный заряд при более низком(примерно на порядок ниже чем при микросехундной инжекции Тин < 3*10"6 с ) первеансе инжектируемого пучка.
3. Полученные при исследовании в цилиндрическом бетатроне зависимости эффективности инжекции от параметров инжекции, инжекторного устройства и управляющего поля позволяют целенаправленно влиять на процесс захвата электронов в ускорение.
АПРОБАЦИЯ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных совещаниях по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве / Ленинград 1932, 1985г. /, на седьмом региональном научно-техническом семинаре - Шосферные взаимодействия и ядерная безопасность / Томск 1994г. /, на научных семинарах НИИ ИН при ТПИ, экспонаты демонстрировались на ВДНХ СССР - 1984, 1987, республиканских и региональных выставках, разработанное устройство в составе бетатронной установки МИБ-4 экспортируется за рубеж.
По материалам диссертации опубликовано и направлено в печать шесть статей, получено три авторских свидетельства.
ОБЪЕМ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и содержит 110 страниц машинописного текста, 73 рисунка и 14 таблиц. Перечень цитируемой литературы включает 107 наименований.
1. Использование конструктивных емкостей (управляющий электрод-катод и -
анод) и динамического параметра напряжения инжекции ( dUan / ill ) для
формирования напряжения управления позволяет создать компактную систему
формирования импульса тока инжекции с заданной высокостабильной формой.
2. Разработан и программно реализован метод числового моделирования формы
импульса тока инжекции, учитывающий нелинейность нагрузки (инжектора), позволяющий определить основные параметры системы формирования.
-
Трансформирование импульса без существенных искажений обеспечивается использованием режима предварительной подготовки импульсного трансформатора и схем коррекции отклонения оператора преобразования.
-
Эффективный захват части инжектируемого пучка с низким первеансом происходит при длительной инжекции з результате взаимодействия электронов пучка с его поперечным электрическим полем и возрастания фокусирующей силы магнитной пробки.
б 5. Разработанный аналитический метод, основанный на расчете взаимодействия электронов пучка с его электрическим полем, учитывающий параметры управляющего пробочного поля, позволяет оценить эффективность инжекции в цилиндрическом бетатроне.