RU2197030C2 - Gyroscope - Google Patents
Gyroscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2197030C2 RU2197030C2 RU2000126165A RU2000126165A RU2197030C2 RU 2197030 C2 RU2197030 C2 RU 2197030C2 RU 2000126165 A RU2000126165 A RU 2000126165A RU 2000126165 A RU2000126165 A RU 2000126165A RU 2197030 C2 RU2197030 C2 RU 2197030C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron
- resonator
- tube
- annular
- gyroscope
- Prior art date
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике СВЧ-генераторов и может быть использовано при разработке источников питания резонансных ускорителей заряженных частиц. The invention relates to techniques for microwave generators and can be used in the development of power sources for resonant charged particle accelerators.
Известны СВЧ-генераторы - гироконы, содержащие последовательно установленные устройство для формирования пучка электронов - электронную пушку, устройство его ускорения - ускорительную трубку с источником питания ускорительной трубки, устройство для создания круговой развертки электронного пучка с задающим СВЧ-генератором, питающим устройство для создания круговой развертки электронного пучка, трубу дрейфа, кольцевой резонатор с кольцевой щелью, примыкающей к трубе дрейфа, и коллектор электронов (Будкер Г.И., Карлинер М. М., Макаров И.Г. и др., "Гирокон - высокоэффективный преобразователь энергии мощного релятивистского пучка для СВЧ-питания ускорителей заряженных частиц", Атомная энергия, 1978, т. 44, 5, с. 397). Дополнительно гироконы могут содержать электростатические отклоняющие системы, установленные в трубе дрейфа, а также магниты, установленные вблизи кольцевого резонатора. Known microwave generators - gyrocons, containing a series-installed device for forming an electron beam - an electron gun, an acceleration device - an accelerator tube with an accelerator tube power source, a device for creating a circular scan of an electron beam with a master microwave generator feeding a device for creating a circular scan electron beam, drift tube, ring resonator with an annular gap adjacent to the drift tube, and an electron collector (Budker G.I., Karliner M.M., Makarov I.G. et al., "gyrocon - high relativistic energy converter powerful beam of microwave power charged particle accelerators", Atomic Energy, 1978, T-44, 5, p 397)... Additionally, gyrocons may contain electrostatic deflecting systems installed in the drift tube, as well as magnets mounted near the ring resonator.
Наиболее близким к заявляемому является гирокон, описанный в (Будкер Г. И. "Электронный прибор СВЧ-гирокон", а. с. СССР, 340345, Н 01 J 25/00, 24.06.69, опубл. БИ 29, 1976) и также содержащий последовательно установленные электронную пушку, ускорительную трубку с источником питания ускорительной трубки, устройство для создания круговой развертки электронного пучка с задающим СВЧ-генератором, питающим устройство для создания круговой развертки электронного пучка, трубу дрейфа, кольцевой резонатор с кольцевой щелью, примыкающей к трубе дрейфа, и коллектор электронов. Этот гирокон выбран за прототип. Closest to the claimed is the gyrocon described in (Budker G.I. "Electronic device microwave microwave gyrocon", A. S. USSR, 340345, H 01 J 25/00, 06/24/69, publ. BI 29, 1976) and also containing a sequentially mounted electron gun, an accelerator tube with an accelerator tube power source, a device for creating a circular scan of an electron beam with a master microwave generator feeding a device for creating a circular scan of an electron beam, a drift tube, a ring resonator with an annular gap adjacent to the drift tube , and collector ktronov. This gyrocon is selected for the prototype.
Принцип действия известных гироконов основан на прохождении ускоренного электронного пучка через устройство для создания круговой развертки, питаемое внешним СВЧ-генератором, так, чтобы отклоненные электроны двигались вдоль прямых, образующих коническую поверхность, располагаясь на ней в виде винтовой линии, которая намотана на конус и конец которой описывает окружность, совпадающую с кольцевой щелью резонатора. Таким образом, электронный пучок, непрерывно меняя точку своего входа в кольцевой резонатор, возбуждает в нем бегущую волну. При этом электрическое поле волны тормозит электроны пучка, преобразуя их кинетическую энергию в энергию волны. Остаточная энергия электронов рассеивается в коллекторе. The principle of operation of known gyrocons is based on the passage of an accelerated electron beam through a device for creating a circular scan, powered by an external microwave generator, so that the deflected electrons move along the straight lines forming a conical surface, located on it in the form of a helix that is wound around the cone and the end which describes a circle coinciding with the annular gap of the resonator. Thus, the electron beam, continuously changing its entry point into the ring resonator, excites a traveling wave in it. In this case, the electric field of the wave slows down the electrons of the beam, converting their kinetic energy into wave energy. The residual electron energy is dissipated in the collector.
Недостатком известных гироконов является недостаточный их кпд. A disadvantage of the known gyrocons is their insufficient efficiency.
Технической задачей ставится повышение кпд преобразования кинетической энергии электронов в энергию волны в гироконе. The technical task is to increase the conversion efficiency of the kinetic energy of electrons into wave energy in a gyrocon.
Технический результат, заключающийся в повышении кпд гирокона, достигается за счет того, что в гироконе, содержащем последовательно установленные электронную пушку, ускорительную трубку с источником питания ускорительной трубки, устройство для создания круговой развертки электронного пучка с задающим СВЧ-генератором, питающим устройство для создания круговой развертки электронного пучка, трубу дрейфа, кольцевой резонатор с кольцевой щелью, примыкающей к трубе дрейфа, и коллектор электронов, использован дополнительный электрод, установленный внутри кольцевого резонатора и подключенный к дополнительному источнику напряжения, создающему на этом электроде электрический потенциал относительно стенок кольцевого резонатора φ, удовлетворяющий условию φ<-W/e, где W - энергия электронов на выходе из ускорительной трубки, -|e| - заряд электрона. The technical result, which consists in increasing the efficiency of the gyrocon, is achieved due to the fact that in a gyrocon containing a sequentially mounted electron gun, an accelerator tube with an accelerator tube power supply, a device for creating a circular scan of an electron beam with a master microwave generator feeding a device for creating a circular electron beam sweep, drift tube, ring resonator with an annular gap adjacent to the drift tube, and electron collector, an additional electrode is used, copulating within the annular cavity and is connected to a further supply voltage on this electrode creates electric potential relative to the annular cavity walls φ, which satisfies the condition φ <-W / e, where W - energy electrons at the outlet of the accelerating tube, - | e | is the charge of an electron.
Принцип действия предлагаемого гирокона основан на том, что дополнительный электрод создает в кольцевом резонаторе электростатическое тормозящее поле такой величины, чтобы попадающие в резонатор электроны останавливались и отражались бы назад к месту своего входа. Точка остановки и разворота электронов, называемая виртуальным катодом (ВК), характеризуется в гидродинамическом приближении (j= enν=const) бесконечной электронной концентрацией (в реальности - выше концентрации электронов в ускоренном пучке на 2-3 порядка). Таким образом, в этом гироконе в кольцевом резонаторе бежит ВК по круговой траектории и возбуждает в нем СВЧ-волну. Повышение кпд по сравнению с прототипом связано с тем, что плотность электронов в пучке на несколько порядков выше плотности электронов в известном гироконе. The principle of operation of the proposed gyrocon is based on the fact that the additional electrode creates an electrostatic braking field in the ring resonator of such a magnitude that the electrons entering the resonator stop and reflect back to their entrance. The electron stopping and reversal point, called the virtual cathode (VC), is characterized in the hydrodynamic approximation (j = enν = const) by an infinite electron concentration (in reality, it is 2-3 orders of magnitude higher than the electron concentration in the accelerated beam). Thus, in this gyrocone, a VC runs in a circular resonator along a circular path and excites a microwave wave in it. The increase in efficiency compared with the prototype is due to the fact that the electron density in the beam is several orders of magnitude higher than the electron density in the known gyrocone.
На чертеже показан пример конструкции гирокона, где 1 - электронная пушка, 2 - источник питания ускорительной трубки, 3 - задающий СВЧ-генератор, питающий устройство для создания круговой развертки электронного пучка, 4 - дополнительный источник напряжения, 5 - ускорительная трубка, 6 - отклоняющие пластины устройства для создания круговой развертки электронного пучка, 7 - подводящие фидеры, 8 - труба дрейфа, 9 - электростатическая отклоняющая система, 10 - выходной СВЧ-тракт, 11 - кольцевой резонатор, 12 - дополнительный электрод, 13 - магнитопровод магнита, 14 - соленоид магнита. The drawing shows an example of gyrocon design, where 1 is an electron gun, 2 is an accelerator tube power source, 3 is a microwave master oscillator, a device for creating a circular scan of an electron beam, 4 is an additional voltage source, 5 is an accelerator tube, 6 are deflecting plates of the device for creating a circular sweep of the electron beam, 7 — supply feeders, 8 — drift tube, 9 — electrostatic deflecting system, 10 — microwave output path, 11 — ring resonator, 12 — additional electrode, 13 — magnetic magnetic circuit one 14 - the solenoid magnet.
Все элементы гирокона, которые также имеются в известных гироконах, а именно, электронная пушка 1, источник питания ускорительной трубки 2, задающий СВЧ-генератор 3, питающий устройство для создания круговой развертки электронного пучка, ускорительная трубка 5, отклоняющие пластины устройства для создания круговой развертки электронного пучка 6, подводящие фидеры 7, труба дрейфа 8, электростатическая отклоняющая система 9, выходной СВЧ-тракт 9, магнитопровод магнита 13, соленоид магнита 14, могут быть выполнены полностью аналогичными, то есть иметь такие же размеры, конструкцию, материалы и физические параметры. All elements of the gyrocon, which are also available in well-known gyrocons, namely, an electron gun 1, a power source for the accelerator tube 2, a microwave generator 3, a power supply device for creating a circular scan of the electron beam, an accelerator tube 5, deflecting plates of the device for creating a circular scan electron beam 6, feed feeders 7, drift tube 8, electrostatic deflecting system 9, microwave output path 9, magnetic circuit 13, magnet solenoid 14, can be made completely similar, that is, Mark the same dimensions, construction, materials and physical parameters.
В кольцевом резонаторе 10 имеется изолированный герметичный ввод для подачи отрицательного потенциала на дополнительный электрод 11. Этот дополнительный электрод может быть выполнен, например, в виде тонкого кольцевого металлического диска. Дополнительный источник напряжения 4 может быть выполнен в виде генератора импульсного напряжения типа Аркадьева-Маркса. Величина потенциала, подаваемого источником напряжения 4 на дополнительный электрод 11, должна удовлетворять условию φ<-W/e, что легко достичь настройкой величины потенциала. In the ring resonator 10 there is an isolated sealed input for supplying a negative potential to the additional electrode 11. This additional electrode can be made, for example, in the form of a thin ring metal disk. An additional voltage source 4 can be made in the form of a pulse voltage generator of the Arkadyev-Marx type. The potential value supplied by the voltage source 4 to the additional electrode 11 must satisfy the condition φ <-W / e, which is easily achieved by adjusting the potential value.
Так как электроны пучка, отраженные от ВК, двигаются несколько по другим траекториям, чем подлетающие к ВК, то роль электронного коллектора может играть та стенка кольцевого резонатора 10, в которой имеется кольцевая щель. Для этого эта стенка может быть выполнена массивной. Since the beam electrons reflected from the VC move along slightly different trajectories than those approaching the VC, the role of the electron collector can be played by the wall of the ring resonator 10, in which there is an annular gap. For this, this wall can be made massive.
По принципу действия предлагаемый генератор почти не отличается от известных: динамика пучка в нем до входа в кольцевой резонатор 10 полностью аналогична. Однако после входа в резонатор 10 электроны, попав в тормозящее поле дополнительного электрода 11, останавливаются и летят назад, формируя при этом ВК. После этого электроны попадают на стенку резонатора 10, где поглощаются. According to the principle of operation, the proposed generator is almost no different from the known ones: the beam dynamics in it before entering the ring resonator 10 are completely similar. However, after entering the resonator 10, the electrons, having fallen into the braking field of the additional electrode 11, stop and fly backwards, thus forming a VC. After that, the electrons hit the wall of the resonator 10, where they are absorbed.
Таким образом, по кольцевому резонатору 10 бежит ВК, возбуждая в нем СВЧ-волну, которая выводится через выходной СВЧ-тракт 9. Высокая плотность электронов в ВК позволяет достичь указанный технический результат. Thus, the VC runs along the ring resonator 10, exciting a microwave wave in it, which is output through the microwave output path 9. The high electron density in the VC allows one to achieve the indicated technical result.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000126165A RU2197030C2 (en) | 2000-10-17 | 2000-10-17 | Gyroscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000126165A RU2197030C2 (en) | 2000-10-17 | 2000-10-17 | Gyroscope |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2197030C2 true RU2197030C2 (en) | 2003-01-20 |
| RU2000126165A RU2000126165A (en) | 2004-05-27 |
Family
ID=20241123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000126165A RU2197030C2 (en) | 2000-10-17 | 2000-10-17 | Gyroscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2197030C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU340345A1 (en) * | 1969-06-24 | 1976-08-05 | Институт ядерной физики СО АН СССР | Installation for amplifying and converting high-power ultra-high frequency electromagnetic oscillations |
| US4345220A (en) * | 1980-02-12 | 1982-08-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | High power microwave generator using relativistic electron beam in waveguide drift tube |
| US5113154A (en) * | 1989-02-17 | 1992-05-12 | Thomson-Csf | Microwave generator device with virtual cathode |
| RU2022445C1 (en) * | 1990-09-25 | 1994-10-30 | Государственное научно-производственное предприятие "Исток" | Microwave oscillator |
| RU2073395C1 (en) * | 1994-11-09 | 1997-02-20 | Тугов Николай Михайлович | Electric power converter |
| RU2137265C1 (en) * | 1997-12-30 | 1999-09-10 | Научно-исследовательский институт ядерной физики Томского политехнического университета | Microwave pulse shaper |
-
2000
- 2000-10-17 RU RU2000126165A patent/RU2197030C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU340345A1 (en) * | 1969-06-24 | 1976-08-05 | Институт ядерной физики СО АН СССР | Installation for amplifying and converting high-power ultra-high frequency electromagnetic oscillations |
| US4345220A (en) * | 1980-02-12 | 1982-08-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | High power microwave generator using relativistic electron beam in waveguide drift tube |
| US5113154A (en) * | 1989-02-17 | 1992-05-12 | Thomson-Csf | Microwave generator device with virtual cathode |
| RU2022445C1 (en) * | 1990-09-25 | 1994-10-30 | Государственное научно-производственное предприятие "Исток" | Microwave oscillator |
| RU2073395C1 (en) * | 1994-11-09 | 1997-02-20 | Тугов Николай Михайлович | Electric power converter |
| RU2137265C1 (en) * | 1997-12-30 | 1999-09-10 | Научно-исследовательский институт ядерной физики Томского политехнического университета | Microwave pulse shaper |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2344577C2 (en) | Plasma accelerator with closed electron drift | |
| RU2214074C2 (en) | Plasma accelerator | |
| CN100359993C (en) | charged particle accelerator | |
| JP2020107532A (en) | Cyclotron and cyclotron acceleration method | |
| RU192845U1 (en) | MULTI-APERTURE HIGH FREQUENCY SYSTEM FOR ACCELERATING CLUSTER IONS | |
| RU2474984C1 (en) | Plasma accelerator with closed electron drift | |
| RU2343584C1 (en) | Self-sharpening point field-emission cathode for operation in technical vacuum | |
| RU2197030C2 (en) | Gyroscope | |
| US4349505A (en) | Neutral beamline with ion energy recovery based on magnetic blocking of electrons | |
| JP3168903B2 (en) | High-frequency accelerator and method of using the same | |
| US4019088A (en) | Electrovacuum SHF apparatus | |
| RU2054831C1 (en) | Method for producing accelerated ion beam | |
| EP0345769A2 (en) | Wake field accelerator | |
| JPH07169425A (en) | Ion source | |
| JP2003270400A (en) | Pig type negative ion source for neutron generation tube | |
| RU2392782C1 (en) | Linear electron accelerator | |
| RU208650U1 (en) | MULTI-APERTURE CLUSTER ION ACCELERATOR | |
| RU2058676C1 (en) | Method for cooling charge-particle beam | |
| RU2157600C1 (en) | Microwave accelerator of electrons | |
| Lombardi | Overview of Linacs | |
| RU2681524C1 (en) | Plasma-optic mass separator ions beam generation method and device for its implementation | |
| RU2321099C2 (en) | Microwave oscillator | |
| RU2044361C1 (en) | Microwave generator | |
| RU2740207C1 (en) | Radioactive isotope source of alternating current | |
| SU1110335A1 (en) | Electronic mw-magnicon device |