Покращення енергетичних характеристик секції сильнострумного лінійного індукційного прискорювача заряджених часток шляхом удосконалення її елементів

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.13 – техніка сильних електричних і магнітних полів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертацію присвячено удосконаленню секцій сильнострумного лінійного індукційного прискорювача (ЛІП) електронів і ЛІП зарядово-компенсованих іонних пучків, з метою забезпечення покращених енергетичних характеристик: підвищеного темпу прискорення, середньої потужності пучка (аж до мегаватного рівня), частоти посилок прискорювальних імпульсів тощо. В роботі проведено науково-технічне обґрунтування конструкції елементів секції ЛІП з індукційною системою, секціонованою по осьовій довжині, виявлено способи забезпечення максимального темпу прискорення при найменших енергетичних втратах в індукційній системі у таких секцій. Проведено обґрунтування конструкції елементів секції ЛІП зарядово-компенсованих іонних пучків, що дозволяє забезпечити необхідні параметри прискорювача – прискорювальну напругу секції не менше 2 МВ, темп прискорення не менше 2 МВ/м. В результаті проведеного дослідження динаміки імпульсного перемагнічування феромагнетику індукторів ЛІП з метою визначення впливу геометрії феромагнітних осердь індукторів і режиму їхнього навантаження на форму імпульсу прискорювальної напруги запропоновано шляхи зменшення розкиду прискорювальної напруги на столі імпульсу. Проведено дослідження теплових навантажень на елементи секції ЛІП при роботі в частотному режимі, запропоновано способи забезпечення секцією ЛІП мегаватного рівня збільшення середньої потужності пучка при збільшенні його енергії на рівні одиниць мегаелектронвольт. Проведено чисельно-аналітичне та експериментальне дослідження впливу конструктивних елементів секції сильнострумного ЛІП електронів на забезпечення її високовольтної вакуумної електричної ізоляції, запропоновано способи їх удосконалення.Technic sciences candidate scientific degree dissertation receiving on specialty 05.09.13 – equipment strong electric and magnetic fields. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2018. Dissertation work is dedicated to the improvement electrons and charge-compensated ion beams high-current LIA sections, with the providing goal improved energy LIA characteristics: high acceleration, average beam power (up to MW level), parcels accelerating pulses frequency, etc. In the work the rationale of the construction of elements the LIA section with an induction system sectioned along the axial has been carried out, methods, ensuring the maximum acceleration rate with the lowest energy losses in the induction system in such sections have been found. The construction of the elements of the charge-compensated ion beams LIA section has been substantiated, that allowed to provide the necessary accelerator parameters of – the section accelerating voltage is not less than 2 MV, and the acceleration rate is not less than 2 MV/m. The dynamics of the pulsed magnetization reversal of the LIA inductors ferromagnet has been studied, the effect of the geometry of the ferromagnetic inductor cores and the regime of their loading on the accelerating voltage pulse shape is analyzed. The ways, reducing the accelerating voltage spread on the pulse table have been found. The thermal stability of the LIA section elements (induction system, power lines, vacuum isolation) was studied, the maximum possible accelerating pulse repetition frequency was determined. The methods of providing a megawatt level of the increment of the average beam power with increment of its energy at the level of megaelectronvolts by the LIA section are revealed. The research of the vacuum electrical insulation of the LIA experimental model has been carried out; the ways of the improvement of LIA section elements electrical isolation have been found.