×
27.10.2014
216.013.019a

УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к системам получения заряженных частиц больших энергий и предназначено для применения в области ядерной физики и ядерных технологий. Ускоритель заряженных частиц содержит вакуумную камеру в форме участка кольцевой трубы, на торцах которого внутри находятся источник заряженных частиц и мишень. Источник заряженных частиц выполнен в виде соосно расположенных цилиндров с кромками в форме лезвия. Вне вакуумной камеры расположена система, создающая переменное магнитное поле в виде электрических контуров, соединенных с высокочастотным генератором переменного тока, с возможностью получения фокусирующего и одновременно ускоряющего переменного магнитного поля, зависящего от радиуса ρ орбиты заряженных частиц в соответствии с выражением Н~ρ, где Н - напряженность магнитного поля частотой 10-10 Гц, α=0,45-0,55. Электрические контуры установлены с возможностью перемещения в продольном и поперечном направлениях. Источник заряженных частиц и мишень установлены с возможностью перемещения по орбите заряженных частиц. Соосно расположенные цилиндры установлены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль образующей. Технический эффект заключается в получении большой плотности мощности потока заряженных частиц на мишени, что расширяет функциональные возможности применения ускорителя в области ядерной физики, например технологии получения трансурановых материалов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к системам получения заряженных частиц больших энергий и предназначено для применения в области ядерной физики и ядерных технологий.

Известен электронный магнитный спектрометр (патент РФ №2338295, опубл. 2008 г.), содержащий вакуумную камеру в виде кольцевой трубы (тора), с размещенными в ней под аксиальным углом относительно друг друга источником и детектором заряженных частиц. Система создания фокусирующего магнитного поля представляет собой электрические контуры, выполненные с возможностью создания в вакуумной камере магнитного поля, зависящего от радиуса ρ орбиты электронов в соответствии с выражением Н~ρ, где Н - напряженность магнитного поля, α=0,62-0,76.

Электроны, выходящие из анализируемого образца (источника), под действием аксиально-симметричного магнитного поля подвергаются двойной фокусировке (по радиусу R и оси Z катушек), разделению по энергиям и, совершив ~0,7 оборота вдоль стационарной траектории (окружности радиуса ρ0), фокусируются и попадают на детектор электронов и систему регистрации спектров.

Недостатком конструкции спектрометра является то, что высокая степень фокусировки, соответствующая малым размерам фокусного пятна, достигается за счет уменьшения линейных размеров источника электронов и оказывается максимальной при использовании точечных источников, но в этом случае снижается интенсивность (сила тока) потока электронов. Другим недостатком конструкции является отсутствие ускорения электронов в процессе движения внутри вакуумной камеры.

Известен источник заряженных частиц (патент РФ №2389105, опубл. 2010 г.), в котором в качестве эмитирующего электрода (анода) использована пластина-лезвие. Выполнение электрода в виде тонкой пластины в форме лезвия с радиусом закругления кромки ~1 мкм приводит к увеличению силы тока пучка ионов. При этом неизбежное снижение напряженности электростатического поля, препятствующее образованию потока ионов, компенсируется увеличением на порядок разности потенциалов между пластиной и вытягивающим электродом.

Недостатком известного источника заряженных частиц является невозможность получения на его основе потока заряженных частиц с энергией более 10 кэВ без использования мощных ускорителей, что приводит к большим габаритам конструкции. Другим недостатком является наличие вытягивающих и ускоряющих электродов, что также увеличивает габариты системы и, кроме того, затрудняет выполнение условий прецизионной магнитной фокусировки.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является бетатрон - ускоритель индукционного типа (БСЭ, т.27, Третье издание, М.: Изд. «Советская энциклопедия», 1977, с.110), предназначенный для ускорения электронов (бета-частиц), движущихся в вакуумной камере в переменном магнитном поле, а также для получения потоков γ - квантов и нейтронов. Вакуумная камера бетатрона имеет вид кольцевой трубы (тора), в которой размещены источник и мишень заряженных частиц. Магнитное поле бетатрона создается расположенным снаружи вакуумной камеры электромагнитом, который состоит из токопроводящих обмоток и ферромагнитных профильных сердечников. Электромагнит подключен к генератору переменного тока и создает в области движения электронов внутри вакуумной камеры переменное аксиально-симметричное магнитное поле, индукция которого спадает в плоскости симметрии прибора пропорционально расстоянию ρ от аксиальной оси по закону Н~ρ-0,6. Частота изменения поля составляет 10-103 Гц. Переменное магнитное поле индуцирует в области движения вихревое электрическое поле, которое ускоряет электроны. Дополнительным требованием, обеспечивающим постоянство радиуса стационарной траектории в бетатроне, является так называемое бетатронное условие, то есть магнитное поле Н0 на стационарной траектории - окружности радиуса ρ0 должно составлять половину среднего магнитного поля Н0 внутри этой окружности. Генерируемые источником электроны движутся ускоренно вдоль стационарной траектории - окружности радиуса ρ0, совершая порядка 105-106 оборотов, и после достижения необходимой энергии 1-150 МэВ выводятся из области стационарной траектории на мишень. Недостатки технического решения бетатрона:

1. Большое количество оборотов, совершаемых электронами во время ускорения, при отсутствии специальных мер синхронизации (фазировки) их колебаний относительно стационарной траектории, не позволяет осуществить прецизионную фокусировку электронов на мишени. Радиус фокусного пятна оказывается равным амплитуде колебаний электронов относительно стационарной траектории, вследствие чего невозможно получить большую поверхностную плотность мощности на мишени.

2. Электроны в процессе движения многократно пересекают область источника, что приводит к снижению интенсивности потока и возникновению нежелательного тормозного гамма-излучения.

3. Существуют значительные трудности вывода пучка электронов из области ускорения на мишень.

4. Использование электромагнита не позволяет с высокой точностью воспроизводить требуемый вид магнитного поля, необходимый для прецизионной фокусировки.

5. Наличие громоздкого ферромагнитного сердечника не допускает техническое решение с радиусом стационарной траектории существенно больше 1 м, по той же причине бетатрон не может быть использован для ускорения тяжелых частиц (протонов и ионов), для которых радиус стационарной траектории должен быть более 1 м.

Задачей предлагаемого изобретения является получение большой плотности мощности потока заряженных частиц на мишени путем использования мощных источников, системы прецизионной фокусировки и ускорения потока заряженных частиц, что расширяет функциональные возможности применения ускорителя в области ядерной физики, например технологии получения трансурановых материалов.

Поставленная в задаче цель достигается тем, что ускоритель заряженных частиц содержит вакуумную камеру с размещенными в ней источником заряженных частиц, мишенью заряженных частиц и системой, создающей переменное магнитное поле. Источник заряженных частиц выполнен в виде соосно расположенных цилиндров с кромками в форме лезвия. Система создания переменного магнитного поля выполнена в виде электрических контуров, соединенных с высокочастотным генератором переменного тока. Контуры с током устанавливаются с возможностью перемещения в продольном и поперечном направлении для более точного воспроизведения величины и формы магнитного поля. Переменное магнитное поле является фокусирующим и одновременно ускоряющим и зависит от радиуса ρ орбиты электронов в соответствии с выражением Н~ρ, где Н - напряженность магнитного поля частотой 105-107 Гц, α=0,45-0,55.

Вакуумная камера выполнена из диэлектрического материала и имеет форму участка кольцевой трубы, на торцах которого находятся источник заряженных частиц и мишень, что обеспечивает удобство доступа в область их установки и обслуживания.

Выполнение источника заряженных частиц в виде соосно расположенных цилиндров с кромками в форме лезвий, которые имеют радиус закругления 10-6 м, увеличивает линейную протяженность эмитирующей электроны поверхности и, следовательно, пропорционально увеличивает интенсивность потока заряженных частиц в 103-104 раз по сравнению с источником, в котором эмитирующая поверхность выполнена в виде пластины-лезвия (патент РФ №2389105, опубл. 2010 г.).

Цилиндры располагаются таким образом, чтобы траектория движения заряженных частиц совпадала с линиями напряженности ускоряющего индукционного электрического поля. Для настройки параметров магнитного поля и прецизионной фокусировки потока частиц можно изменять расположение источника заряженных частиц и мишени с помощью микрометрических винтов.

Выполнение системы создания переменного магнитного поля в виде высокочастотного генератора и электрических контуров с возможностью создания в вакуумной камере высокочастотного магнитного поля, зависящего от радиуса орбиты электронов ρ в соответствии с выражением, Н~ρ, где Н - напряженность магнитного поля, α=0,45-0,55, позволяет высокочастотным магнитным полем одновременно произвести ускорение заряженных частиц на протяжении одного оборота и осуществить прецизионную фокусировку. В этом случае исключается вторичное пересечение заряженными частицами области источника, кроме того, в этом случае ускоряющее индукционное электрическое поле создается непосредственно между источником и мишенью, заменяя собою вытягивающие и ускоряющие электроды. При выборе параметра а менее 0,45 и более 0,55 происходит существенное нарушение двойной фокусировки.

Частота изменения магнитного поля в зависимости от массы ускоряемых частиц составляет 105-107 Гц, при этом заряженные частицы получают необходимую энергию и фокусируются на мишени, совершая менее одного оборота. Энергия ускоренных частиц может варьироваться посредством изменения частоты и амплитуды магнитного поля. При снижении частоты изменения магнитного поля менее 105 Гц двойная фокусировка осуществляется более чем за один оборот движения заряженных частиц, а частота более 107 Гц приводит к значительному увеличению нежелательного синхроторонного излучения.

Изобретение предназначено для получения, ускорения и прецизионной фокусировки потоков заряженных частиц большой мощности на поверхности атомарной мишени. В частности, для электронных потоков при радиусе стационарной траектории 1 м и амплитудной величине магнитного поля 1 Тл достигается плотность мощности на мишени до 1020 Вт/м2.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства в плане, на фиг.2 - в разрезе.

Конструкция ускорителя заряженных частиц включает вакуумную камеру 1 с размещенными в ней источником заряженных частиц 2 и мишени 3. Система переменного магнитного поля представляет собой электрические контуры 4, 5, соединенные с высокочастотным генератором переменного тока (на чертежах не показан).

Ускоритель заряженных частиц работает в импульсном режиме следующим образом. Высокочастотный генератор переменного тока создает в электрических 5 контурах 4, 5 аксиально-симметричное переменное магнитное поле, которое внутри вакуумной камеры 1 индуцирует электрическое поле между источником заряженных частиц 2 и мишенью 3. Вследствие малости радиуса закругления кромок цилиндров источника заряженных частиц 2, напряженность электрического поля вблизи кромок оказывается достаточной для возникновения туннельной эмиссии электронов (автоэлектронная эмиссия) или ионов (жидкометаллическая автоэмиссия). Эмитируемые заряженные частицы под действием индукционного электрического поля движутся ускоренно по стационарной траектории в аксиально-симметричном магнитном поле, которое фокусирует их на мишени 3, используя эффект двойной фокусировки. Регулировка интенсивности потока в приборе осуществляется установкой диафрагм (на чертежах не показаны).

При использовании изобретения в качестве источника γ - квантов и нейтронов мишень 3 выполнена двухслойной, где первый слой состоит из тяжелых металлов типа уран, свинец. Поток релятивистских электронов, взаимодействуя с ядрами первого слоя мишени, порождает тормозное излучение γ - квантов, направленное по движению электронов. При взаимодействии γ - квантов с ядрами элементов дейтерия, бериллия, урана, входящих во второй слой мишени, происходит генерация потоков нейтронов.


УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 15.
20.05.2013
№216.012.4207

Способ повышения чувствительности обнаружения паров токсичных химикатов детектором на основе полупроводниковых датчиков

Изобретение относится к области анализа паров токсичных химикатов, а именно к области обеспечения безопасности персонала химически опасных объектов, личного состава Министерства Обороны, МЧС, МВД, действующего в зоне химического заражения, а также передовых и аварийно-спасательных отрядов при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482473
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.10.2013
№216.012.7737

Устройство создания мощных ионных потоков

Изобретение относится к области плазменной техники. Технический результат - повышение мощности автоэмиссионного источника ионов за счет одновременного повышения силы тока и энергии ионов в пучке. Устройство создания мощных ионных потоков состоит из вакуумной камеры с источником ионов и двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496179
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.12.2013
№216.012.919a

Способ формирования базы спектральных данных для фурье-спектрорадиометров

Изобретение относится к области дистанционного беспробоотборного газоанализа, а именно к способам формирования баз спектральных данных для дистанционных газоанализаторов на основе Фурье-спектрорадиометров. Способ заключается в беспробоотборном определении мгновенных значений концентрации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502967
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.91cf

Измеритель параметров rc-двухполюсников

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения параметров RC-двухполюсников и может использоваться при физико-химических исследованиях жидкостей, в системах контроля диэлектрических характеристик веществ и материалов с большим удельным сопротивлением, а также при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503020
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.06.2014
№216.012.d150

Имплантат для закрытия перфорационного отверстия гайморовой пазухи

Изобретение относится к медицине. Имплантат для закрытия перфорационного отверстия гайморовой пазухи представляет собой наружный цилиндр, в котором расположен внутренний цилиндр. Наружный цилиндр выполнен из титана марки ВТ-5 и имеет ячеистую структуру с диаметром, соответствующим диаметру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519355
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.08.2014
№216.012.e7b3

Система поиска уязвимости критически важных объектов сложных социально-технических систем

Изобретение относится к вычислительным распределенным системам. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности определения уязвимых элементов в составе распределенных систем. Система содержит, по меньшей мере, два автоматизированных рабочих места (АРМ) пользователей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525108
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.01.2015
№216.013.196a

Устройство расстыковки соединителя между ракетой и транспортно-пусковым контейнером

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано для расстыковки соединителя между ракетой и транспортно-пусковым контейнером (ТПК). Устройство расстыковки соединителя между ракетой и ТПК содержит короб, быстроразъёмное электрическое соединение вилки с розеткой, пружины для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537934
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.01.2015
№216.013.2192

Механизм удержания ракеты в транспортно-пусковом контейнере

Изобретение относится к области ракетной техники и предназначено для применения в ракетах, запускаемых из транспортно-пускового контейнера. Конструкция узла механизма удержания представляет собой кронштейн, на котором смонтированы упор, флажок, тандер и зацеп, размещенный на оси вращения в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540042
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.02.2015
№216.013.246c

Автоматизированная система оценки боевого потенциала воинского формирования

Изобретение относится к вычислительным системам и может быть использовано в автоматизированных системах оценки боевого потенциала воинского формирования. Технический результат - обеспечение повышения быстродействия и достоверности расчетов при оценке боевого потенциала воинского формирования....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540777
Дата охранного документа: 10.02.2015
27.02.2015
№216.013.2d98

Транспортно-пусковой контейнер

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к транспортно-пусковым контейнерам. Транспортно-пусковой контейнер для ракеты содержит корпус и механизм для закрепления ракеты в нем. Механизм закрепления содержит попарно размещенные силовые шпангоуты с попарно размещенными на них...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543140
Дата охранного документа: 27.02.2015
Показаны записи 1-10 из 18.
20.10.2013
№216.012.7737

Устройство создания мощных ионных потоков

Изобретение относится к области плазменной техники. Технический результат - повышение мощности автоэмиссионного источника ионов за счет одновременного повышения силы тока и энергии ионов в пучке. Устройство создания мощных ионных потоков состоит из вакуумной камеры с источником ионов и двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496179
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.12.2013
№216.012.91cf

Измеритель параметров rc-двухполюсников

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения параметров RC-двухполюсников и может использоваться при физико-химических исследованиях жидкостей, в системах контроля диэлектрических характеристик веществ и материалов с большим удельным сопротивлением, а также при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503020
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.06.2014
№216.012.d150

Имплантат для закрытия перфорационного отверстия гайморовой пазухи

Изобретение относится к медицине. Имплантат для закрытия перфорационного отверстия гайморовой пазухи представляет собой наружный цилиндр, в котором расположен внутренний цилиндр. Наружный цилиндр выполнен из титана марки ВТ-5 и имеет ячеистую структуру с диаметром, соответствующим диаметру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519355
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.08.2014
№216.012.e7b3

Система поиска уязвимости критически важных объектов сложных социально-технических систем

Изобретение относится к вычислительным распределенным системам. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности определения уязвимых элементов в составе распределенных систем. Система содержит, по меньшей мере, два автоматизированных рабочих места (АРМ) пользователей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525108
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.01.2015
№216.013.196a

Устройство расстыковки соединителя между ракетой и транспортно-пусковым контейнером

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано для расстыковки соединителя между ракетой и транспортно-пусковым контейнером (ТПК). Устройство расстыковки соединителя между ракетой и ТПК содержит короб, быстроразъёмное электрическое соединение вилки с розеткой, пружины для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537934
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.01.2015
№216.013.2192

Механизм удержания ракеты в транспортно-пусковом контейнере

Изобретение относится к области ракетной техники и предназначено для применения в ракетах, запускаемых из транспортно-пускового контейнера. Конструкция узла механизма удержания представляет собой кронштейн, на котором смонтированы упор, флажок, тандер и зацеп, размещенный на оси вращения в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540042
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.02.2015
№216.013.246c

Автоматизированная система оценки боевого потенциала воинского формирования

Изобретение относится к вычислительным системам и может быть использовано в автоматизированных системах оценки боевого потенциала воинского формирования. Технический результат - обеспечение повышения быстродействия и достоверности расчетов при оценке боевого потенциала воинского формирования....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540777
Дата охранного документа: 10.02.2015
27.02.2015
№216.013.2d98

Транспортно-пусковой контейнер

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к транспортно-пусковым контейнерам. Транспортно-пусковой контейнер для ракеты содержит корпус и механизм для закрепления ракеты в нем. Механизм закрепления содержит попарно размещенные силовые шпангоуты с попарно размещенными на них...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543140
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.05.2015
№216.013.4ea5

Высокочастотный электронно-ионный микроскоп

Изобретение относится к системам электронно-ионной оптики и предназначено для изучения структуры вещества путем просвечивания его мощным потоком заряженных частиц. Высокочастотный электронно-ионный микроскоп состоит из вакуумной камеры и находящихся в ней источника заряженных частиц,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551651
Дата охранного документа: 27.05.2015
10.08.2015
№216.013.6c52

Способ аккумуляции энергии потока заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетики, а именно к технологии получения заряженных частиц больших энергий, и предназначено для применения в области ядерной физики и технологии. Технический результат - повышение плотности энергии потока заряженных частиц. Способ осуществляется путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559288
Дата охранного документа: 10.08.2015
+ добавить свой РИД