Испытания на воздействие микрометеорных тел, страница 5

Более совершенная модель линейного радиочастотного ускорителя имеет уже 93 пролетные трубки, которые поочередно присоединяются к противоположным полюсам источника переменного напряжения. Эквивалентное ускоряющее напряжение равно амплитуде напряжения генератора (~100 кВ), умноженной на число ускоряющих промежутков и, таким образом, достигает величины 9,3 MB. С целью повышения эффективности ускорения производится подстройка частоты. Для этого перед входом в линейный ускоритель частицы пролетают через датчики скоростей и зарядов, а полученные данные используются для установления нужной частоты и фазы ускоряющего напряжения. Форма импульса ускоряющего напряжения близка к прямоугольной. Для того, чтобы частицы оставались в фазе с ускоряющим напряжением во всех ускоряющих промежутках, крутизна спада плато импульсов выбрана минимальной, при которой еще обеспечивается необходимая радиальная фокусировка.

В таком ускорителе железные шарики диаметром 1 мкм приобретают скорость около 25 км/с, если достигается необходимая точность установки частоты. Частицы меньших размеров ускоряются до скоростей порядка 70 км/с, т.е. примерно до верхней границы скоростей природных микрометеоров. В этом случае вследствие больших начальных скоростей в момент инжекции рабочие частоты должны быть выше 100 кГц.

Разработан также новый принцип работы линейного ускорителя для ускорения частиц. Его действие иллюстрируется схемой, представленной на рисунке 3.5.8. Заряженные микрочастицы получают от стандартного источника. Скорость их определяют по времени пролета при помощи двух электростатических датчиков А и В. Далее используется автоматическая система отбора по скоростям и зарядам, управляемая сигналами от этих датчиков. Можно также использовать масскоростной фильтр. Система отклоняет в сторону все частицы, кроме тех, скорости которых лежат в выбранных пределах.

Измеренное время пролета отобранных частиц используется для задания последовательности командных импульсов, вызывающих поочередное заземление ускорительных электродов, которые до этого поддерживаются при потенциале V.

Временная последовательность этих импульсов автоматически задается таким образом, что каждый последующий электрод заземляется тогда, когда ускоряемая частица находится в его окрестности.

Ускорение можно сделать устойчивым по отношение к ошибкам и флуктуациям частоты командных импульсов путем правильного выбора фазировки этих импульсов. Устойчивость будет обеспечена, если фаза выбрана так, что каждый последующий электрод заземляется в момент, когда частица пройдет некоторое расстояние после него.

Данные измерения времени пролета между датчиками А и В можно использовать для задания возрастающей во времени частоты следования командных импульсов. Это даст возможность расположить ускорительные электроды с постоянным шагом. Тогда длина ускорителя окажется минимальной. Такое размещение электродов имеет еще и то преимущество, что поля во всех ускорительных промежутках оказываются одинаковыми.

При рабочем напряжении ~ 100 кВ между ускоряющими электродами ускоритель с числом электродов n = 100 эквивалентен электростатическому ускорителю на 10 MB. Общая длина такого ускорителя зависит от шага между электродами, который необходимо выбирать, исходя из времени пролета частицами межэлектродного расстояния и характеристик разрядных устройств. Время закорачивания разрядным устройством электрода на "землю" должно быть в несколько раз меньше времени пролета частицей межэлектродного зазора.

Оптимальной геометрией для электродов является форма круглого диска (диафрагмы) с отверстием, а не трубчатая. Трубки в данном ускорителе не нужны, поскольку поле не меняет знака, как в обычных ускорителях, где используется синусоидальное напряжение.

Метод последовательного заземления позволяет отказаться от использования для ускорения микрочастиц больших и дорогих установок, разработанных для ускорения атомных и ядерных частиц, поскольку в данном случае не нужны столь высокие частоты и отпадают многие сложные требования, предъявляемые к ускорителям атомных частиц. Требования к фокусировке не очень строги и дополнительно облегчаются отсутствием объемного заряда большой плотности.