1629382528-e201d89ff59dd31db5be21dffcf9458a (846429), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Рис. 30,!3. тормозящее Такие электроны окажутся «иравнльиофазными» и будут отдавать свою энергию переменному полю. Особенности механизма рассортироваиия электронов обусловлены законами их движении в магнетроне и, в частности, тем, что, если электроны, вышедшие из катода, проходят первую щель в момент, когда поле в ней ускоря!шпее, опи нриобрсн!юг больи!ую скорость и возвращаются обратно к кз!очч, ие учзсгзуя и лзльисяип и ироцгсгс. ! !рзацльпоф;щи!зе Влек!роны проходят щи!е йлект Первой щели, когда оно является тормозящим„и, от- у! давая часть своей кинети- Т....:.....-".
Н " . - н тс н »1 ческой энергии, останавлин, '- х заются, не дойдя до как ' =.,;:( тапа, Спава ДвнжУтСЯ К ,')!", аноду и таким обрааом опикале1г сывают несколько петель, приближаясь к аноду и от- 1'ис. 3039. давая свою энергию высо- кочастотному полю щелей. В результате подобной отсортировкн обеспечивается преобладание правилыюфазных электронов над неправильнофавными. Помимо этогО, в многощелевых магнетронах большую раль играет также и фазавая группировка тангенциальиаго потока, обязанная действшо радиальной компоненты Высокочастотного поля.
Все это ведет к возникновению в тангенциальном потоке электронных «уплотнений», проходящих вблизи щелей в те моменты времени, когда поле тормозящее, и о!- даанцих' энергию резонаторам. Подобно тому кзк, рассматриизя -:': - работу клисгрона, м!з определяли значение угла пролета, соответствующее условиям синхронизации„ г. е. условиям ирахождения паке!он члск!ропоп через се!ки резона!ора в надлежащзй фазе, можно оорщ!ели!ь значения угла прозе!з и соответствующие ИВ аначеиия у!линой скорос!и облака злск!рпиоз, при ко!орых пакеты электропои проколи! Вимо ии,щй ми!и орезопз!нрпо!о магиетрона в надлежащей !!!ззс. В и<пик !и, мо,кио уполоби!ь липа!гипс электрона в магие!рощ с !плс!ьм! кл!о,пп| лзикгиин~ чнпк!ропе между двумя пзрзллсньпычп !н!Ос!ни ммьи з кзрщпгипь!к и!Ии>ргнпизк элсктрическом н мы и!!!Ион! Волях 1' и П, кзк нокзззпо нз рис.
30.!9. В агом случае буду! справедливы следующие уравнения движения электрона. к!зх е,+ е Иу лг! т е йг Ни , =,--. 0, иг' ' (30.23) Из решения этик уравнения для члск!Роиоз, выходящих из плоскосги у=0 с нулсиои пзчзлююй скорое!!ио, получас!ся уршпсиие траек- тории элекгрона е ! х= — —; Е(1 — соз мп() л! сОд е ! ! = - — — — „-. Е(мгг! — зкп мн1), )л и" гУ где <е»= — " . Траск!ария злск троил предсгаиляет циклонду, образ! зованиую днижспием ники кз!ю!щгося пп прямой круга, угловая !! скорость которого мтг, а переносная скоросн и†.- .' . Это озна- И : Ь'.:,.';. чает, чта движение гипотетического ззигспциалыюго потока электронов в цилиндрическом многорезонаторном магнетроне происходит со средней скоростью И= †' и угловой скоростью м = = .
Считая, Е В =У Йг,„' чго упло!пение электронов движется с такай же скоростью, получим для угла пролета между соседними щелямн йчг,Н (30.23) где г, -- радиус окружности, по которой движется уплотнение„близкий к радиусу анода, т. е.
г, =г, Д! — число сегментов анода. Лля того ч!.обы паке! электронов, прошедший эту щель в момент, когда к!'.::- В ней имее!ся максимальное тормозящее поле, проходил следукощую 342 ПРИЬОРЫ' СВЧ С ПРЕРЫВНЫМ ВзаИМО»дийСТВИИМ 1ГЛ. 30,'. щель в такой же фззе, необходимо; чтобы угол пролета равнялся целому нечетному числу яг в< — = (2п + 1) я, 2аг,<л' где и — целое число.. Отсюда для возбуждения и поддержания коле- баний необходимо, чтобы а< =(2п+ 1) — —. <<г Е 2 ог<' Йа этого соотношения, выражая!щего условия синхронизации движения уплотнений элск<роиов с иысокочас<о<иым полем щелей, видно, <<о,:и<давая рллличиые лиачсиич а, чь! шиучнм дигкрсчиые обласги колебаний.
Дли основной обшгт ! и колебаний (л = О) а< = — — —. 1<1 Н 2 лл<г<' Считая, что магнетроны с толс|ым катодом имеют однородное электра трическое иоле Е= — ", и полагая г, — г, получим так называемое га ' а «соотношение Постумуса»ч 942гаО а 1<!»~а <<< где р= — — !исло пар сегментов анода, Х в ел<, г, в елл, Н и эрстедах, (' в вольтах. Следует о<мети<И, что с увеличением числа сегментов промежутки ме<кду ии лами бузу ! сок!ниц«<ься и ире;!сгавлеиие о зонах О<дачи, и ко!прыг локалжи<аяио иысокочаг<огное алек!.ричегкое иоле, и зонах преобразования или прей<!<а, гдв э<о поле отсугстиуег, будет все меныпе соответствовать действительной картине ноля, Тогда придется обращаться к другой трактовке работы магнетрона, идеи которой излагаются в 32-й главе.
0 30.3. Ускорители элементарных частиц. Процессы рассортирования заряженных частиц и конечность времени пролета используются также для решения задачи, противоположной той, ко<ораз решается в генераторах и усилителях сверхвысоких частот, я именно для ускорения заряженных элементарных частиц — электронов, протонов, дейтронов и др. Рассмотрим кратко некоторые Особенности работы ускорителей элементарных частиц как приборов с прерывным взаимодействием, родственных рзссмотрениым выше генераторам сверхвысоких частот. Следует заметить, что возможно н непосредственное ускорение заряженных частиц за счет прохождения ими постоянной разности ,потенциалов, создаваемой специальными высоковольтными генераторами. Однако в этом случае требуются постоянные напряжения порядка сотен тысяч и миллионов вольт, что связано с большими техническими трудностями.
Легче достичь этой цели„ используя !.сие- . $30.3) ускОРители элеызнтьРных частиц 543 раторы и колебательные системы высоких частот и заставляя заряженную частицу много раз прохоюыь и надлежащей фазе высокочастогиое электрическое поле, кажлыи раз ускоряясь. При этом, естественно, должно происходить ра с сор ! и рова и не заряженных частиц„ обеспечивающее преимущественное попадание иа коллектор прибора «правильнофззных» частиц (в данном слу юе ускоряемых полем) и :!: отсортнрозку «неправильно4<азиых» ч;и ! иц ( юмсллягмых полем).
1!Роисходя<цие в ускорителях ирои< с<ы изаимолгп< <виа ч и <иц с иьиокочзстотным !к)лсм В,и! Ри! ! Слюн<и < ! Ри< <и! уело ншк« ш! Реля ! <И<ис !" скими эффск<ами, кп<о1илх мы ис будем каса<ь<я, <и!шин ипииись УФ«Л<ллгел!1 а<еле<лиг ,~000000 1'и< ж!. 'и рассмотрсниеи процессов рассортироиаиия частиц лишь ч нерелятивистском линейном ускорителе и циклотроне. а) Линейный ускоритель. В линейном ускорителе поток заряженных частиц последовательно проходит через зазоры нескольких резона!оров. Эти зазоры располагаются нз определенном расс!павии Илии ог другого, и и иих создается высокочастотное элек<рнчсско< шшс (ри<. 30.21)), между зазорами находятся воны дрс й4<а.
Если заря<кепи!« юсыщы ибладаио начальной энергией и про-,",::, 'ходят каждую щель и гакис ыо»<<и<<,! времени, когда высокочастотное поле в ией являе<ся уско1ииищим и имеет амишыудиое значение, то, пройдя и щелей, частица ириобрегаег энергию (30.28) 3'. = В'т пе(Г, где сг амплитуда высокочастотного напряжения зазора. Так же как и и клис<ронах, рассортирование частиц в линейном ускорителе '-:;!:, обусловлено фазовой группировкой. Однако в отличие от клистронов по мере цикл<ения к коллектору скорость частицы ыногокрално возрастае!.. 1!оэ<ому для соблюдения условия синхронизма между движением шс<иц и высокочасчогным полем, т. е.
для того, чтобы частицы проходил!и зоны дрейфа между зазорами за одинаковые проиежу<ки времени„ равные целому числу полупериодов, необходимо, ч<обы длина этих зон была различной. Это условие мо<кно ПРИВОРЫ Сяч С пряр)<иным вззиМОдвйотвивм 1гл.
30 644 ' 646 записать в виде ч = 6 — = сопя( *) Т 2 где ти †вре пролета частицей л-й зовы, 6 — целое число. Длина н-го промежутка должна быть равной «~и ~и <и и'< Т (60.20) Наименьшая длина промежутков и, следовательно, самого линейного ,ускорителя получится при 1=1. Для этого случая имеем:, Пбы!по нашпьи;щ энгр<из ыг<иц й'"и мала, 10и-",''сУ . Тощ!а 1„=,', ~IЪц,г< = )1,/л, где в<1 — длина 1-й эоны дрейфа. Хаким образом, длина каждой последующей воны должна возрастать пропорционально корню квадратному нв л. Основным недостатком линейных ускорителей является болшцая длина.
Для уменьшения ее повышают частоту. Если первый линейный ускоритель имвл частоту 10 Мг<), то современные линейные ускорители работают на час~о~ах порядка ЗООО Мгц. Для получения болшпой скорости на пути движения частиц располагают Оо.и и!Ос 'иссло !!<'понаторев (исгко,<ько лссп<щ!и), <н!з- 1!ужлдсмых обы шо илиям гс пера гором. <Ыы видим, ч<о, несмо!Ря на рядс>ществен- 11 11 .<.~,--- ';... 1, ных особенностей работы г линейных ускорителей, про- , /, 1 / исходящие я них процессы с с с ! аналогичны тем, которые происходят в клистронах.
б) Циклотрон.ВконФ ф структивном отношении зна- чительно удобнее иметь . зо.2!. вместо большого числа ре- зонаторов и высокочастотных зазоров то.пько один резонатор и один зазор, заставляя частицы многократно проходи~ь высокочасгоцюе поле зазора, каждый рав ускоряясь. Такой процесс происходит в циклотроне. Последний представляет собой цилиндрическую коробку, по диаметру которой *) В литературе, посвящеииой ускоритсппи элемеятариых частиц, таков сиихроиизм вазызается резонанс<спь причем случай <! = 1 называется «простым резонансом», а Л ) 1 — кратным резонансом.
Рскорйтвли элвмвнтпрных частиц прорезана щель (рнс. 60.21). Посредине щели, вблизи цен<ра, располагасгся источник ионов К. 11 ди!и половинкам коробки„называемым дуангзми, прнкладыиае<си зыгокочас готное напряжение. Перпендикулярно к плоскости чср<с и<з, пщ!ль оси коробки направлено постоянное магниы<ое поле 1У. 1!сли и моменг пычола эаряженНОй Чаетицм Из ИСтОЧПИКа ИОипи (<ОЧКА )1') с!ПЕК! РН И<КОС иОЛС бЫЛО направлено так, как пока,сщи! и,! Рис..'И!.21, а, и ил!с*<и! максимальное значение П, <о чзсси<щ и.к !п< з попо!<и щрхнг!о Лузпгв ,' та <у с начальной гкорог<Ью п„=~! и и бУЛ<т О<Пинна<А и э<Ой НО- Ю '! лосгн дугу окружное<и, радиус которой определи!си из ус<швии равенства действующих иа частицу лоренцевой силы и центробежной силы: <ля< пш ерН= — -; г= — .
ЕГ< Лщщ! щс <с!<и ч<о сйи< щк<ояпном П ралиус дуси окружности, описыизс мои час<инин и ПОП<к<и ЛУзи<З, П<ЛНКОМ оиргдслие<гя сКорос<що и, ко<оруи! опп нрнобрг<пс< нри прохол д«ини пцлсй. Гели ЧЗС<ПЦа буде< пр<жозиц Щель К;ш<пмй Раз, косца гоцК<Рнчсское поле уско1!яс< сс, щ!Рлс кзз<лого прото- пленна и!елн скоросп час<ища були< <взрастать и радиус полуокружнос<и <акже увеличится. При соблюдении условия син- 1 хронивации правильнофавные частицы движушя по разворачивающейся спирали, как показано на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
