21.2. ЛИНЕИНЫЕ УСКОРИТЕЛИ С РЕЗОНАТОРАМИ

21.2.1. Системы с одним резонатором

В ускорителях, рассчитанных на большие энергии частиц, используются частоты сантиметрового диапазона. Рассмотрение электронного ускорителя с одним резонатором [1, 2] показывает, что максимальное время пролета, в течение которого частица может ускоряться, равно половине периода высокочастотного колебания. Точные расчеты для релятивистского электрона дают для оптимальной длины ускоряющего зазора значение, равное Электрон, попавший в ускоряющий зазор, увеличит свою энергию на величину, равную среднему значению напряжения за время пролета.

Максимальное увеличение энергии приблизительно равно

Мощность, необходимая для достижения этого максимального увеличения энергии, составляет

для колебаний вида в круглом резонаторе из меди, в случае которого при длине равно На практике величина Е Ограничена значением из-за автоэлектронной эмиссии проводников.

Было сконструировано большое количество электронных ускорителей с одним резонатором (18, 65, 66, 135, 155]; одна из типичных схем такого ускорителя, разработанного Милсом [112], показана на рис. 21.3.

Рис. 21. 3. Электронный ускоритель с одним резонатором. Частота энергия частиц на выходе средний ток пучка (См. [112].)

Высокочастотная мощность поступает на вход от магнетронного генератора, вырабатывающего импульс длительностью 5 мксек, мощностью с частотой повторения 200 гц. Электронная пушка с большим током, на которую подается напряжение направляет электронный пучок в ускоряющий зазор в тот момент, когда напряженность высокочастотного поля максимальна. Для обеспечения стабильной работы генератора длина линии связи выбиралась оптимальной, хотя половина мощности при этом и поглощалась в водяной нагрузке. Добротность медного резонатора входное сопротивление Во время работы средний ток пучка составляет при максимальной энергии частиц

Колеман [31, 85] применил одиночный резонатор, в котором с помощью двух магнетронов через независимые отверстия связи возбуждаются колебания вида с частотой При общей входной мощности максимальная энергия частиц составляет Для инжектирования электронов в ускоряющий резонатор с требуемой скоростью и нужным сдвигом фаз, что обеспечит высокую энергию на выходе, применяется резонатор для предварительного группирования. Последовательные электроды соединены с делителем на сопротивлениях, так что их потенциалы распределены по параболическому закону. Частицы совершают простое колебательное движение в этом поле и приобретают

энергию при каждом прохождении ускоряющего промежутка, ерли высокочастотное поле синхронизовано с этим движением. Более эффективная работа ускорителей резонаторного типа может быть достигнута с помощью изоляторов [224].