Физическая энциклопедия - высоковольтный ускоритель

линейный ускоритель заряж. ч-ц, в к-ром используется электрич. поле, неизменное или слабо меняющееся по величине в течение всего времени ускорения заряж. ч-цы. Осн. преимущество В. у. перед др. типами ускорителей возможность получения высокой стабильности энергии ч-ц, ускоряемых в постоянном и однородном электрич. поле (легко достигается относит.

стабильность энергии =10-4, а у отдельных В. у. =10-5-10-6). Осн. элементы В. у.высоковольтный генератор, источник заряж. ч-ц и ускоряющая система (рис. 1). Энергия ч-ц, получаемых с помощью В. у., равна: ?=eZU, где е заряд эл-на, Z число элем. зарядов в заряде ускоряемой ч-цы, U напряжение высоковольтного генератора.

Используя перезарядку ч-ц, можно при том же макс. напряжении высоковольтного Рис. 1. Схема высоковольтного ускорителя: Г высоковольтный генератор: И источник заряж. ч-ц; У ускоряющая система; Тр. -траектория ч-цы. генератора получить ч-цы с энергией, в неск. раз превышающей энергию в обычных В. у. (см. ПЕРЕЗАРЯДНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ). Для получения постоянного ускоряющего напряжения обычно используются электростатические генераторы и каскадные генераторы.

Источником высокого напряжения В. у. может служить также высоковольтный трансформатор, питаемый синусоидальным напряжением. Ускоряющая система трансформаторных В. у. имеет устройство, обеспечивающее прохождение тока лишь в те моменты, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора имеет нужную полярность и близко к максимуму.

Импульсные В. у. питаются от импульсных трансформаторов разл. типов, а также от ёмкостных генераторов импульсного напряжения. В них большое число конденсаторов заряжается параллельно от общего источника, а затем при помощи разрядников осуществляется их переключение на последовательное, на нагрузке возникает импульс напряжения с амплитудой до неск.

MB. Такие В. у. применяются в осн. в сильноточных ускорителях. Линейные размеры В. у. определяются требуемым напряжением (размером высоковольтного генератора) и электрической прочностью изоляции генератора и ускоряющей системы. Ввиду малой электрич. прочности воздуха при атм. давлении В. у. на большую энергию размещаются в камерах, заполненных изолирующим газом (фреон, SF6 и др.

) при повышенном давлении. Импульсные В. у. размещают в камерах с жидким диэлектриком (трансформаторным маслом или дистиллированной водой). Для повышения рабочего градиента напряження в высоковольтной изоляции большие изоляц. промежутки В. у. разделяют на ряд малых отрезков при помощи металлич. электродов с заданным распределением потенциала (секционированные конструкции).

Источником электронов в В. у. обычно служит термоэлектронный катод в сочетании с системой электродов, формирующей электронный пучок. В большинстве ионных источников заряж. ч-цы образуются внутри камеры, наполненной газом или парами в-ва при давлении 0,075-0,75 мм рт. ст., содержащими атомы данного элемента. Рис. 2. Схема ВЧ источника ионов: К разрядная камера; О обмотка колебат. контура ВЧ генератора; Из изоляционная вставка; И основание ионного источника; От отверстие для выхода ионов; В вытягивающий электрод. Первичная ионизация происходит под действием электрич. разрядов в газе: высокочастотного (ВЧ источники, рис. 2), дугового разряда в неоднородном электрич. и магн. полях (дугоплазматрон) и т. д. Ионы, образующиеся в области разряда, извлекаются оттуда электрич. полем с помощью вытягивающего электрода и попадают в ускоряющую систему. Положит. ионы получают из центр. части области разряда, где их концентрация выше, а отрицательные с периферии этой области. Ускоряющая система В. у. (ускорит. трубка) одновременно явл. частью его вакуумной системы, давление в к-рой не должно превышать 7,5 мм рт. ст. У большинства В. у. это цилиндр, состоящий из диэлектрич. колец, разделённых металлич. электродамп с отверстием в центре, служащим для прохождения пучка заряж. ч-ц и откачки газа, поступающего из ионного источника и десорбируемого внутр. поверхностью системы (рис. 3). Кольца и электроды соединены друг с другом (клеем, пайкой или термодиффузионной сваркой). Электрич. прочность трубки обычно ограничивает энергию ускоренных ч-ц. Вдоль ускорит. трубки развиваются разрядные процессы, резко снижающие её электрич. прочность; их подавляют спец. мерами. Рис. 3. Ускорительная трубка: 1 кольцевые изоляторы; 2 металлич. электроды; 3 соединит. фланцы. Ток пучка крупнейших В. у. ионов обычно =1-10 мкА при размерах пучка на мишени прибл. неск. мм и его расходимости =10-3 рад. Совр. В. у. позволяют получать протоны с энергией до 10 МэВ без перезарядки и с энергией до 40 МэВ при использовании перезарядки, а также многозарядные ионы значительно больших энергий. Сначала В.

у. применялись в осн. в ат. и яд. физике. Начиная с 50-х гг. область применения В. у. существенно расширилась: легирование тонких слоев ПП, активационный анализ, генерация рентгеновского тормозного излучения, дефектоскопия, радиац. технология и др. Импульсные В. у. протонов с энергией 0,7-1 МэВ и током пучка до 1 А используются для инжекции ч-ц в крупнейшие циклич.

и линейные резонансные ускорители. Импульсные В. у. эл-нов с энергией 2-3 МэВ и током 105-106 А применяются в исследованиях, направленных на создание импульсных термояд. реакторов (см. УПРАВЛЯЕМЫЙ ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ). .