Изобретение относитс к ускорн тельной технике и может быть использовано при разработке и в процессе Эксплуатации микротронов. Известен микротрон, содержащий вакуумную камеру с неподвижно закрепленным выводным шунтом, магнит с ре гулируемой напр женностью магнитного пол , ускор ющий резонатор с катодным узлом, в котором с целью увеличени коэффициента захвата, а значит и расширерш эффективной ширины диапазона плавной перестройки энергии при Ij, const, где IN ток ускоренных электронов, катод выполнен прот женным , Т(,е. в виде ленточного термоэмиттера . В этом микротроне при. плавной перестройке энергий велика дол эмиттируемых электронов, которые не доход т до конца ускорени , т.е. снижен коэф4 1циент захвата, главшым образом за счет изменени оптики сиетемы катод - щель. Креме того, ускоренный ток в данном случае будет спадать на кра х диапазона перестройки параметра 52 , характеризующего прирост энергии за оборот, снижа тем самым эффективную величину диапазона перестройки. Кроме того, следует подчеркнуть, что расщирение дпапазона перестройки в данном устройстве реализуетс за сЧет снижени , эффективности режима ускорени f, PN/ (где Р, - монг ность пучка ускорител на N-той орби те, Р, - мощность, идуща на ускорение полного тока, эмиттированного в резонатор), а значит и КПД ускорите ,л в целом. Наиболее близким к предлагаемому Явл етс микротрон, содержащий магнит с регулируемой напр женностью магнитного пол , между полюсами кото рого размещена вакуумна камера, в которой расположены неподвижно закрепленный магнитный пункт дл вывода ускоренных частиц и ускор ющий ре зонатор, в котором.расположен катодный узел с катодом, при этом резонатор снабжен средствами дл его перемещени вдоль линии, совпадающей с общим диаметром орбит ускоренных час тиц. Перемещением ускор ющего резонато ра вдоль общего диаметра орбит достигаетс дискретна перестройка энергии ускоренных электронов . Кроме того, данное устройство позвол ет осуществить плавную перестройку энергии посредством изменени величины магнитного пол , что достигаетс изменением , например, тока электромагнита и соответствующего ему изменени СВЧ-мощности, подводимой к резонатору, так как мощность потерь в стенках резонатора Р . (параметром Q характеризуетс прирост энергии электронов за оборот, а значит и полна энерги электронов на выводной орбите микротрона). Недостатком данного устройства в отнощении плавной перестройки энергии вл етс зависимость выведенного ускоренного тока от требуемой энергии электронов, котора определ етс зависимостью коэффициента захвата К IN/IO от параметра (2 , где 1 - ток ускоренных электронов; 1 - полный ток эмиссии с катод словами, при некотором фиксированном значении „ (при 1.. const) данному устройству присуще сужение эффективного -диапазона плавной перестройки энергии. Целью насто щего изобретени вл етс расширение диапазона плавной перестройки энергии пучка ускоренных частиц без уменьшени интенсивности . Поставленна цель достигаетс тем, что в известный микротрон, содержащий магнит с регулируемой напр женностью магнитного пол , между полюсами которого размещена вакуумна камера , в которой расположены неподвижно закрегшенньй магнитный шунт дл вывода ускоренных частиц и ускор ющий резонатор , в котором расположен катодньй узел с катодом, при этом резонатор снабжен средствами дл его перемещени вдоль линии, совпадающей диаметром орбит ускоренных частиц, введен регулируем)1й источник светового излучени , снабженный средствами дл перемещени потока светового излучени вдоль катода, а катод выполнен в виде ленты с ре гутл рной структурой нитевидных кристаллов . . Кроме того, средства дл перемещени потока светового излу чени могут быть магнитоуправл емыми. Выполнение катода в виде регул рной структуры нитевидных кристаллов, материалом которых вл етс полупроводник р-типа или высокоомный полупроводник п-типа, служит достижению цели по той причине, что дл них характерны наличие участка насыщени автоэмиссйонной вольтамперной харак теристики и фотЬчувствительность на .этом участке. При этом плотность там нового тока автофотоэмиссии (т.е. ппотность тока в отсутствие воздействи света) при данном эначении напр женности электрического пол у по верхности катода минимум в 10 раэ меньше плотности автофототока при воздействии света с длиной волны, соответствующей фундаментальной поло се поглощени приповерхностного сло Таким образом, по вл етс возможность с помощью источника света и устройства его перемещени вдоль катодной ленты включать определенный участок автофотокатода ускор ющего резонатора микротрона, координата ко торого соответствует данному значению параметра SI Вариаци интенсивности пучка света в соответствии с люкс-амперной характеристикой автофотокатода позвол ет поддерживать ток ускоренных электронов н заданном уровне при плавной перестройке энергии во всем диапазоне S2 который определ етс рабочей областью. На чертеже приведена схема микротрона . Катод 1 размещен на внутренней по верхностги крышки управл ющего резона тора 2, Дл управлени работой катода (автофотокатода) применены источник 3 светового излучени и средство 4 перемещени магнитоуправл емое устройство, которое в зависимости от конкретного исполнени источни ка может управл ть устройством перемещени вдоль катода луча света либ устройством перемещени самого исто ника света. Ускоренною электроны вы вод тс посредством магнитного шуита 5, который неподвижно закреплен относительно стенки вакуумной камеры 6, Обратна св зь между выведенны током и интенсивностью света, испус каемого источника 3, осуществл етс посредством монитора 7 и устройст-: вом 8 согласовани . Катод 1 представ л ет собой регул рную структуру нитевидных кристаллов, выполненную в виде ленты. Под регул рной структурой нитевид ных кристаллов понимаетc;i совокупность монокристаллов, отделенных друг от друга промежутками 20-40 мкм, дааметром у основани л-1 мкм и высотой до 10 мкм. Така структура получаетс путем управл емого выращивани ее по механизму пар - жидкость - кристалл (ПЖК) на соответствующей подложке . Подложкой в случае полупроводников вл етс , как правило, монокристалл или эпитаксиальна пленка из материала , родственного или тождественного материалу нитевидных кристаллов. Управл емость роста нитевидных кристаллов позвол ет варьировать приведенные выше параметры регул рной структуры в зависимости от условий применени , В частности, дл предлагаемого нами устройства существенна величина промежутка между монокристаллическими остри ми, поскольку она определ ет точность установки координаты катода. Здесь следует подчеркнуть , что фоточувствительностью обладают только остри и только.при наличии у поверхности их электрического пол . Таким образом, регул рна структура нитевидных кристаллов, выращенна по ПЖК-механизму, выгодио отличаетс от традиционной в автоэмисионной технике системы макроострий, так как: а)отсутствует техническа проблемп креплени острий; б)параметры острий, выращенных по ШКК-механизму, значительно более однородны ; в)остри -монокристаллы по своемусовершенству существенно ближе к идеальной структуре монокристалла, чем объемные монокристаллы, а тем более поликристаллы, что в конечном итоге определ ет их высокую электрит ческую прочность (т,е, стойкость к испарению полем и к бомбардировке зар женными частицами). Микротрон работает следующим образом . Под действием СЕЧ пол вблизи поверхности катода 1, работающего на участке насыщени автоэмиссиогоюй вольт-ампернбй характеристики, создаетс обедненна область. Падающий на определенную часть катода пучок света генерирует электроны дл обедненной области, что приводит к существенному увеличению эмиттирующего тока, который далее ускор етс всоответствии с принципами работы микротрона . 51 Изменение энергии выводимых электронов осуществл етс путем изменени напр женности магнитного пол магнита . При атом магнитоуправл емое устройство 4 перемещает луч света вдоль катода 1, а компенсаци изменени величины ускоренного тока, которое измер етс монитором 7, осуществл етс изменением интенсивности света, испускаемого источником 3. В зависимое-- JO Ции The invention relates to an acceleration technique and can be used in the development and in the process of operation of microtrons. A microtron is known, containing a vacuum chamber with a fixedly mounted outflow shunt, a magnet with a controlled magnetic field, an accelerating resonator with a cathode assembly, in order to increase the capture coefficient, and therefore expand the effective width of the range of a smooth tuning of the energy at Ij, const where IN is the current of accelerated electrons, the cathode is made extended, T (, e. in the form of a ribbon thermal emitter. In this microtron, with a smooth reorganization of energies, there is a large fraction of the emitted electrons that do not reach acceleration, i.e., the capture coefficient is reduced, mainly due to a change in the cathode-slit optics. Moreover, the accelerated current in this case will decrease at the edge of the tuning range of parameter 52, which characterizes the increase in energy per revolution, thereby reducing effective value of the tuning range. In addition, it should be emphasized that the widening of the tuning tuning band in this device is realized by reducing the efficiency of the acceleration mode f, PN / (where P, is the accelerator beam velocity in the Nth orbit, P, is go conductive by the acceleration of the total current emitted into the cavity), and hence the efficiency will accelerate, L as a whole. The closest to the proposed is a microtron containing a magnet with an adjustable magnetic field strength, between the poles of which there is a vacuum chamber in which a fixed magnetic point is located for outputting accelerated particles and an accelerating cavity in which the cathode assembly is located , while the resonator is equipped with means for moving it along a line coinciding with the total diameter of the orbits of the accelerated particles. By moving the accelerating resonator along the total diameter of the orbits, a discrete rearrangement of the energy of the accelerated electrons is achieved. In addition, this device allows for a smooth restructuring of energy by changing the magnitude of the magnetic field, which is achieved by changing, for example, the current of an electromagnet and the corresponding change in the microwave power supplied to the resonator, since the power loss in the walls of the resonator is P. (the Q parameter characterizes the increase in the electron energy per revolution, and, therefore, is full of the electron energy in the output orbit of the microtron). The disadvantage of this device in relation to smooth energy tuning is the dependence of the extracted accelerated current on the required electron energy, which is determined by the dependence of the K IN / IO capture coefficient on the parameter (2, where 1 is the accelerated electron current; 1 is the total emission current with the cathode with a certain fixed value (at 1 .. const), this device is inherent in reducing the effective range of a smooth tuning of the energy. The purpose of the present invention is to extend the range of a smooth tuning of the energy of the beam accelerated particles without reducing the intensity. The goal is achieved by the fact that a known microtron containing a magnet with an adjustable magnetic field strength, between the poles of which a vacuum chamber is placed, in which there is a fixed magnetic shunt for outputting accelerated particles and an accelerating resonator, which has a cathode assembly with a cathode, while the resonator is equipped with means for moving it along a line that coincides with the diameter of the orbits of accelerated particles, is introduced to be adjustable) 1st source A light point equipped with means for moving the light flux along the cathode, and the cathode made in the form of a ribbon with a regular structure of threadlike crystals. . In addition, the means for moving the light beam can be magnetically controlled. Making the cathode in the form of a regular structure of threadlike crystals, the material of which is a p-type semiconductor or a high-resistance n-type semiconductor, serves the purpose for the reason that they are characterized by the presence of an auto-emission current-voltage characteristic and photosensitivity in this area. At the same time, the density of the autocurrent photoemission there (i.e., the current carrying capacity in the absence of light exposure) at a given value of the electric field strength at the cathode surface is at least 10 times less than the density of the photocurrent when exposed to light with a wavelength corresponding to the fundamental absorption band of the near surface. Thus, it is possible, with the help of a light source and a device for moving it along the cathode ribbon, to include a certain part of the auto-photocathode of the accelerating resonator of the microtron The value of which corresponds to a given value of the parameter SI. The variation of the intensity of the light beam in accordance with the lux-ampere characteristic of the auto-photocathode makes it possible to maintain the current of the accelerated electrons at a given level with smooth energy tuning in the entire S2 range which is determined by the work area. The drawing shows a diagram of the microtron. The cathode 1 is placed on the inner surface of the cover of the control resonator 2. To control the cathode (auto photocathode) operation, a light source 3 and a means 4 for moving a magnetically controlled device are used, which, depending on the specific source version, can control the device for moving the beam along the cathode. light is a device for moving the source of light itself. Accelerated electrons are outputted by magnetic shuit 5, which is fixedly fixed relative to the wall of the vacuum chamber 6. The feedback between the current output and the light intensity emitted by the source 3 is made through the monitor 7 and the device 8 matching. Cathode 1 is a regular structure of threadlike crystals, made in the form of a tape. A regular structure of filamentary crystals is understood as c; i a set of single crystals separated from each other by gaps of 20–40 µm, a diameter at the base of I – 1 µm and a height of up to 10 µm. Such a structure is obtained by controlled growth by the vapor-liquid-crystal mechanism (VLS) on a suitable substrate. The substrate in the case of semiconductors is, as a rule, a single crystal or epitaxial film of a material related to or identical to a material of threadlike crystals. The controllability of the growth of whisker crystals makes it possible to vary the above parameters of a regular structure depending on the conditions of use. In particular, for the device we propose, the gap between the single-crystal points is significant because it determines the accuracy of the cathode coordinate setting. It should be emphasized here that only sharp points have photosensitivity and only. When their surface has an electric field. Thus, the regular structure of filamentary crystals grown by the VLS-mechanism benefits differently from the macrostry system that is traditional in the auto-emission technique of a macrostrip, since: a) there is no technical problem of fastening the tips; b) the parameters of the points grown by the SSC mechanism are much more uniform; c) sharp crystals of monocrystals are significantly closer to the ideal structure of a single crystal than bulk single crystals, and especially polycrystals, which ultimately determines their high electrical strength (m, e, resistance to field evaporation and to bombardment by charged particles) . Microtron works as follows. Under the influence of the SEC, a depleted area is created near the surface of the cathode 1, which operates at the saturation point of the autoemission field voltage-current characteristics. A beam of light incident on a certain part of the cathode generates electrons for the depleted region, which leads to a significant increase in the emitting current, which is then accelerated in accordance with the principles of operation of the microtron. 51 The change in the energy of the output electrons is made by changing the intensity of the magnetic field of the magnet. With an atom, the magnetically controlled device 4 moves the light beam along cathode 1, and the compensation of the change in the magnitude of the accelerated current, which is measured by the monitor 7, is carried out by changing the intensity of the light emitted by the source 3. V dependent - JO Cs
ти от конкретной реализации источника параллельной перенос луча света вдоль катода может осуществл тьс магнитоуправл емым устройством 4,которое перемещает либо сам источник либо,при непод- }5 вижном относительно данного перемещени источнике, перемещает луч света. Вследствие изменени координаты катода, 6 зависимости от величинымагнитного пол лишние электроны не испускаютс , 20 а значит, повышаетс эффективность From a specific implementation of a source parallel to light, a beam of light along the cathode can be carried out by a magnetically controlled device 4, which moves either the source itself or, with a fixed source relative to the movement, moves the beam of light. Due to the change in the cathode coordinate, 6 depending on the magnitude of the magnetic field, extra electrons are not emitted, 20 which means that the efficiency increases.
режима ускорени . Ускоренные электроны вывод тс обычным образом посредством щунта 5.acceleration mode. Accelerated electrons are output in the usual way via shunt 5.
Так осуществл етс плавна перестройка энергии выводамых электронов к .окрестности некоторой фиксированной орбиты при неподвижном резонаторе 2. Когда ускор ющий резонатор перемещаетс вдоль общего диаметра орбит устройством его перемещени (на чертеже не показано) на рассто ни , кратные рассто нию между соседними орбитами, и на такие же рассто ни перемещаетс источник 3 (как показано на чертеже), или луч света, испускаемый источни ком, достигаетс цель сгтошного перекрыти диапазона энергией ускор емых в микротроне электронов . При этом благодар применению монитора 7 и устройства 8 согласовасвета , испускаемого источником, достигаетс дополнительна цель - поддерживание заданной величины выводиМОго тока электронов во всем диапазоне энергий ускор емых в микротроне электронов. : Следует подчеркнуть, что магнито .управл емое устройство и устройство перемещени резонатора и луча света (в общем случае) Ьбеспечивают две ..степени свободы дл перемещени луча света, испускаемого источником: а) тонкое перемещение (реализующее плавную перестройку энергии между соседними орбитами при неподвижном резонаторе ), б) грубое перемещение.Thus, the energy of the output electrons is smoothly tuned to the vicinity of a certain fixed orbit with a fixed resonator 2. When the accelerating resonator moves along the total diameter of the orbits with a device for moving it (not shown) not more than multiple distances between the neighboring orbits and the same distance is moved by the source 3 (as shown in the drawing), or the light beam emitted by the source achieves the aim of closing the range with the energy of the electrons accelerated in the microtron. In this case, by using monitor 7 and device 8 to match the light emitted by the source, an additional goal is achieved: maintaining a predetermined value of the output current of the electrons in the entire energy range of the electrons accelerated in the microtron. : It should be emphasized that the magnetically controlled device and the device for moving the resonator and the light beam (in general) b provide two degrees of freedom to move the light beam emitted by the source: a) a thin movement (realizing a smooth rearrangement of energy between adjacent orbits when stationary resonator), b) coarse displacement.
закруглени остри следует подбирать экспериментально, поскольку работа автофотокатода в СВЧ-пол х специфачна ,rounding the tips should be chosen experimentally, since the work of the auto photocathode in the microwave field is specific,
Крепление ленточной системы нитевидных кристаллов на стенке резонатора осуществл етс диффузионной сваркой (или каким-либо иным способом в зависимости от выбранного материалаThe mounting of the ribbon system of threadlike crystals on the wall of the resonator is carried out by diffusion welding (or in some other way depending on the chosen material
лучени целесообразно выбрать монохроматический , так как это позвол ет более тонко управл ть работой автофотокатода . Так, дл материала Si-Si(Си) целесообразно применить возбуждающий свет с длиной волны «Х 0,7 мкм, Прд1. исследовании автофотокатодов в качестве источника светового излучени 95 Примером конкретного материала автофотокатода может служить Si-Si(Си). Благодар высокой степени управл емости ростом нитевидных кристаллов по ПЖК механизму радиус закруглени остри можно задавать в широком диапазоне , а зависимости от напр женности электрического пол у его поверхности . В насто щее врем дл реализапредлагаемого устройства радиус автофотокатода). В качестве источника светового изпримен ли лампу накаливани с монохроматором . Очевидно, дл реализации предлагаемого устройства можно примен ть подобную систему. Однако в сравнении, например, с инжекционным лазером эта система более громоздка, Таким образом, в первом случае источ ник 3 располагаетс вне вакуумной камеры 6 микротрона, и дл ввода света требуетс окно, а во втором случае возможно размещение источника в камере микротрона. В качестве ускор нщего резонатора предлагаемого микротрона целесообР зно применить цилиндрический резонатор , имеющий пролетное отверстие в виде горизонтальной щели, длина которой приближенно равна длине ленточного катода. Таким образом, nd сравнению с прототипом предлагаемое устройство поз-: вол ет реализовать плавную перестройку энергии выводимых электронов во всем диапазоне энергий ускор емых электронов при неизменной величине тока выводимых электронов. В качестве дополнительных преимуществ технического решени следует отметить: а)повьшение надежности катодного узла микротрона благодар уникальным свойствам нитевидных кристаллов; б)существенное уменьшение коли чества лишних электронов которые захватываютс в процессе ускорени при неблагопри тных начальных услови х, а затем выбывают на различных его этапахj понижа тем самым эффективность режима ускорени g , КПД ускорител и создава дополнительный фон жесткого электромагнитного излучени . Последнее обсто тельство приводит к необходимости сооружени дополнительной защиты особенно при проведении исследований радиационно-чувствительных объектов например биологических .It is advisable to choose a monochromatic radiation, since this allows a more subtle control of the operation of the auto photocathode. So, for a material Si-Si (Cu), it is advisable to apply a stimulating light with a wavelength of "X 0.7 µm, Prd1. the study of auto-photocathodes as a source of light radiation 95 An example of a specific material of an auto-photocathode is Si-Si (Cu). Due to the high degree of controllability of the growth of whisker crystals by the MLS mechanism, the radius of rounding of the tip can be set in a wide range, and depending on the intensity of the electric field at its surface. At the present time for the proposed device, the radius of the auto photocathode). The incandescent lamp with a monochromator was used as a light source. Obviously, a similar system can be used to implement the proposed device. However, in comparison, for example, with an injection laser, this system is more cumbersome. Thus, in the first case, the source 3 is located outside the vacuum chamber 6 of the microtron, and a window is needed to enter the light, and in the second case it is possible to place the source in the microtron chamber. As an accelerating resonator of the proposed microtron, it is advisable to use a cylindrical resonator having a passage hole in the form of a horizontal slot, whose length is approximately equal to the length of a ribbon cathode. Thus, compared with the prototype, the proposed device allows us to realize a smooth rearrangement of the energy of the extracted electrons in the entire energy range of the accelerated electrons with a constant value of the current of the output electrons. As additional advantages of the technical solution, it should be noted: a) increase in the reliability of the cathode assembly of the microtron due to the unique properties of whisker crystals; b) a significant decrease in the number of excess electrons that are captured in the acceleration process under unfavorable initial conditions, and then drop out at various stages, thereby reducing the efficiency of the acceleration mode g, the efficiency of the accelerator and creating an additional background of hard electromagnetic radiation. The latter circumstance necessitates the construction of additional protection, especially when conducting research on radiation-sensitive objects, such as biological ones.