Сильноточный имульсно-периодический ускоритель электронов «SINUS-320»: формирование и диагностика широкоапертурного пучка | Изв. вузов. Физика. 2019. № 7. DOI: 10.17223/00213411/62/7/147

Сильноточный имульсно-периодический ускоритель электронов «SINUS-320»: формирование и диагностика широкоапертурного пучка

Описывается источник широкоапертурного (16×27 см) пучка электронов с энергией 450 кэВ, током 9 кА, длительностью импульсов 12 нс и частотой повторения до 100 Гц, разработанный для стерилизации пластиковых пакетов. Формирование пучка электронов обеспечивается с помощью металлодиэлектрического катода, на котором в течение фронта напряжения за несколько наносекунд формируется взрывоэмиссионная плазма. За счёт большого числа (~ 800) тройных точек металл - диэлектрик - вакуум, а также в результате рассеяния электронов при прохождении анодной фольги и слоя воздуха достигается высокая равномерность электронного потока на расстоянии 3 см от фольги при характерном пробеге электронов в воздухе до 0.5 м.

High-current pulsed-repetitive electron accelerator “SINUS-320”: formation and diagnostic of wideaperture beam.pdf Введение Наносекундные сильноточные ускорители серии «SINUS» [1-3] и их вариации (например, «RADAN» [4]), имеют ту отличительную черту, что в них совмещается трансформатор Тесла с коаксиальной формирующей линией. Благодаря близкому к единице коэффициенту магнитной связи между первичным витком и вторичной катушкой трансформатора, характерный КПД всей электрической схемы высоковольтного генератора составляет около 50 % [5]. Вместе с компактностью и эффективностью, другое достоинство - возможность формирования квазипрямоугольной формы импульса напряжения - предопределило важное место таких ускорителей в разработке мощных релятивистских микроволновых генераторов [6], включая создание макета наносекундного радара [7], наращивание ресурса до 108 имп. [8] и эффективности СВЧ-генера¬торов до 40 % [9]. По ряду причин, сильноточные ускорители «SINUS» не были востребованы в технологических приложениях. Однако оптимистично оценивая потенциал, были проведены несколько демонстрационных тестов по стерилизации материалов для фармацевтики и медицины, а именно - несколько типов порошков для изготовления лекарств [10], а также перевязочных средств в упаковках [11]. Возникающий в последние годы спрос на компактные ускорители связан с появлением нетрадиционных задач, где не требуется крупнотоннажная обработка материалов и инструментов для их модификации или стерилизации. В последнем случае применяются крупные ускорители электронов (ЭЛВ, ИЛУ и др.) с высокой энергией электронов и мощностью в электронном пучке от 20 кВт и выше. Сильноточные ускорители типа «SINUS-320» (средняя мощность выводимого пучка 2.2 кВт и вес 0.8 т) вполне могут отвечать задачам мелкосерийной обработки материалов. Основная цель описываемых исследований сводилась к выбору катода и параметров вакуумного диода, а также надёжной диагностики электронного пучка и поглощённой дозы в полимерных пакетах относительно малой толщины. Катод вакуумного диода в электронном ускорителе является ключевым элементом, как правило, обладающим ограниченным временем жизни. В ускорителе прямого действия с наносекундной длительностью высоковольтных импульсов должны применяться катоды, для которых время задержки взрывной электронной эмиссии минимально, а число центров на единицу площади максимально [1, 5]. Высокая однородность эмиссии (и большое число центров) при напряженности поля Ed ≈ 105 В/см присуща катодам в виде набора тонких проводящих проволочек или графитовых волокон с характерным расстоянием между ними δ

Ключевые слова

high-current electron accelerator, metal-dielectric cathode, металлодиэлектрический катод, сильноточный электронный ускоритель

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Артёмов Константин ПетровичИнститут сильноточной электроники СО РАНнауч. сотр.
Степченко Алексей СтаниславовичИнститут сильноточной электроники СО РАНнауч. сотр.lexa_stp@msn.com
Бармин Валерий ВладимировичИнститут сильноточной электроники СО РАНмл. науч. сотр.Valery@barmin.club
Ландль Владимир ФедоровичИнститут сильноточной электроники СО РАНинженер
Выходцев Павел ВасильевичИнститут сильноточной электроники СО РАНмл. науч. сотр.v_pavel_v@yahoo.com
Ростов Владислав ВладимировичИнститут сильноточной электроники СО РАНд.ф.-м.н., профессор, зав. отделомrostov@lfe.hcei.tsc.ru
Всего: 6

Ссылки

Belomyttsev S.Ya., Rostov V.V., Romanchenko I.V., et al. // J. Appl. Phys. - 2016. - V. 119. - No. 023304.
Коровин С.Д., Литвинов Е.А., Месяц Г.А. и др. // Письма в ЖТФ. - 2004. - Т. 30. - Вып. 19. - C. 30-39.
Гончаров Д.В., Ежов В.В., Пушкарев А.И., Ремнев Г.Е. // Известия Томского политехнического университета. - 2005. - Т. 308. - № 6. - C. 76-80.
Forbes R.G. // J. Appl. Phys. - 2008. - V. 104. - No. 084303.
Бугаев С.П., Месяц Г.А. // ДАН СССР. - 1971. - Т. 196. - № 2. - C. 324-326.
Месяц Г.А. // Изв. вузов. Физика. - 2018. - Т. 61. - № 5. - С. 3-16.
Shafir G., Kreif M., Gleizer J.Z., et al. // J. Appl. Phys. - 2015. - V. 118. - No. 193302. - P. 1-9.
Бугаев С.П., Загулов Ф.Я., Ковальчук Б.М., Месяц Г.А. // Изв. вузов. Физика. - 1968. - Т. 11. - № 1. - С. 145-146.
Bykov N.M., Gubanov V.P., Gunin A.V., et al. // Proc. 10th IEEE Pulsed Power Conf. - Albuquerque, 1995. - P. 71-74.
Krasik Ya.E., Dunaevsky A., Krokhmal A., et al. // J. Appl. Phys. - 2001. - V. 89. - No. 4. - P. 2379-2399.
Афанасьев К.В., Вагнер М.И., Кутенков О.П. и др. // Изв. вузов. Физика. - 2012. - Т. 55. - № 7. - С. 41-48.
Ростов В.В., Алексеенко П.И., Выходцев П.В. и др. // Сибирский медицинский журнал. - 2012. - Т. 27 - № 1. - C. 141-146.
Ростов В.В., Тотьменинов Е.М., Яландин М.И. // ЖТФ. - 2008. - Т. 78. - Вып. 11. - C. 86-92.
Алексеенко П.И., Коровин С.Д., Сахаров Е.С. // Химико-фармацевтический журнал. - 2001. - Т. 36 - № 12. - C. 29-30.
Бункин Б.В., Гапонов-Грехов А.В., Ельчанинов А.С. и др. // Письма в ЖТФ. - 1992. - Т. 18. - Вып. 9. - C. 61-64.
Коровин С.Д., Полевин С.В., Ростов В.В. // Изв. вузов. Физика. - 1996. - Т. 39. - № 12. - С. 5- 20.
Гунин А.В., Ландль В.Ф., Коровин С.Д., Месяц Г.А., Ростов В.В. // Письма в ЖТФ. - 1999. - Т. 25. - Вып. 22. - C. 84-94.
Mesyats G.A., Korovin S.D., Gunin A.V., et al. // Laser&Particle Beams. - 2003. - No. 21. - P. 197-209.
Коровин С.Д., Ростов В.В. // Изв. вузов. Физика. - 1996. - Т. 39. - № 12. - С. 21-30.
Mesyats G.A., Korovin S.D., Rostov V.V., et al. // Proc. IEEE. - 2004. - V. 92. - No. 7. - P. 1166-1179.
Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. - М.: Сов. радио, 1974. - 256 с.
Загулов Ф.Я., Борисов В.Я., Власов Г.Я. и др. // ПТЭ. - 1976. - № 5. - С. 18-20.
 Сильноточный имульсно-периодический ускоритель электронов «SINUS-320»: формирование и диагностика широкоапертурного пучка | Изв. вузов. Физика. 2019. № 7. DOI: 10.17223/00213411/62/7/147

Сильноточный имульсно-периодический ускоритель электронов «SINUS-320»: формирование и диагностика широкоапертурного пучка | Изв. вузов. Физика. 2019. № 7. DOI: 10.17223/00213411/62/7/147