[go: up one dir, main page]

RU2197030C2 - Gyroscope - Google Patents

Gyroscope Download PDF

Info

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
Application number
RU2000126165A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000126165A (en
Inventor
А.Е. Дубинов
Original Assignee
Дубинов Александр Евгеньевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дубинов Александр Евгеньевич filed Critical Дубинов Александр Евгеньевич
Priority to RU2000126165A priority Critical patent/RU2197030C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2197030C2 publication Critical patent/RU2197030C2/en
Publication of RU2000126165A publication Critical patent/RU2000126165A/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

FIELD: microwave oscillators; generators feeding resonance-tuned charged-particle accelerators. SUBSTANCE: gyroscope that has electron gun, accelerating tube with its power supply, electron- beam circular sweep device with microwave master oscillator feeding electron-beam circular sweep device, drift tube, annular resonator with annular slit abutting against drift tube, and electron collector all arranged in tandem is provided with additional electrode installed inside annular resonator and connected to additional voltage supply that functions to build up electrical potential φ relative to annular resonator walls across this electrode which satisfies condition φ<-W/e, where W is electron energy at accelerating tube exit; e is electron charge. Said gyroscope depends for its operation on using additional electrode to build up electrostatic decelerating field in annular resonator, its magnitude being sufficient to stop electrons entering the resonator which are then reflected back to their entrance point. Electron stop and turn point referred to as virtual cathode is characterized in hydrodynamic approximation (j = enν = const) by infinite electron concentration (actually higher than concentration in accelerated beam by two or three orders of magnitude). In this way virtual cathode runs in annular resonator of this gyroscope over circular path and excites microwaves in this resonator. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

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)

Гирокон, 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, отличающийся тем, что в нем 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/е, где W - энергия электронов на выходе из ускорительной трубки, -|e| - заряд электрона. 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 scan of an electron beam, a drift tube, a ring resonator with an annular gap adjacent to the tube drift, and an electron collector, characterized in that it uses an additional electrode mounted inside the ring resonator and connected to an additional voltage source creating an electric potential on this electrode relative to the walls of the ring resonator φ, satisfying the condition φ <-W / e, where W is the electron energy at the exit of the accelerator tube, - | e | is the charge of an electron.
RU2000126165A 2000-10-17 2000-10-17 Gyroscope RU2197030C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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