электрический прочность

Ускоритель высоковольтный Ускоритель высоковольтный, устройство для ускорения заряженных частиц электрическим полем, неизменным или слабо меняющимся в течение всего времени ускорения частиц. Основные элементы У. в. – высоковольтный генератор, источник заряженных частиц электрический прочность система, предназначенная для ускорения частиц (рис. 1). Напряжение, получаемое от высоковольтного генератора, подаётся на электроды ускоряющей системы электрический прочность создаёт внутри этой системы электрическое поле. Заряженные частицы из источника ускоряются этим полем до энергии Е = enu эв, где e – элементарный электрический заряд, n – число элементарных зарядов ускоряемой частицы, u – напряжение (в в) высоковольтного генератора. Давление внутри ускоряющей системы не должно превышать 10-4–10-5 мм рт. ст., т.к. иначе происходит значительное рассеяние ускоряемых частиц на молекулах газа.   Важное преимущество У. в. по сравнению с др. типами ускорителей – возможность получения малого разброса по энергии частиц, ускоряемых в постоянном во времени электрический прочность однородном электрическом поле. С помощью У. в. легко может быть достигнут относительный разброс энергии ~ 10-4, электрический прочность у отдельных ускорителей 10-5–10-6. Благодаря этому У. в. нашли широкое применение при исследованиях в атомной электрический прочность ядерной физике. Др. преимущество У. в. – возможность создания установок с большой мощностью электрический прочность высоким кпд, что весьма важно при использовании ускорителей в прикладных целях.   Виды У. в. В зависимости от типа используемого высоковольтного генератора различают электростатические, каскадные, трансформаторные электрический прочность импульсные У. в.   1) В электростатическом ускорителе (ЭСУ) напряжение создаётся электростатическим генератором – генератором, основанным на переносе зарядов механическим транспортёром. Генератор с гибким транспортёром из диэлектрической ленты называется генератором Ван-де-Граафа (рис. 2). Электрические заряды наносятся на поверхность движущегося транспортёра зарядным устройством, состоящим из системы игл электрический прочность плоского электрода, между которыми создаётся коронный разряд. Затем заряды переносятся к высоковольтному электроду, где при помощи др. аналогичного устройства они снимаются, электрический прочность вместо них на поверхность транспортёра наносятся заряды противоположного знака, снимаемые первым устройством. Существуют также генераторы с транспортёром в виде жёсткого диэлектрического ротора (роторные электростатические генераторы). С 1960-х гг. в некоторых ЭСУ используется цепной транспортёр с металлическими электродами, соединёнными между собой диэлектрическими звеньями (т. н. пеллетрон), преимущества которого – высокая стабильность зарядного тока, большой срок службы, высокий кпд. Наибольшее напряжение, полученное с иомощью электростатических генераторов, составляет около 20 Мв; проектируются установки на напряжение до 30 Ме.   2) В каскадном ускорителе источником напряжения служит каскадный генератор, преобразующий низкое переменное напряжение в высокое постоянное путём последовательного включения постоянных напряжений, получаемых в отдельных каскадах схемы. Существует несколько схем каскадных генераторов, среди которых наиболее известен генератор Кокрофта – Уолтона с последовательным питанием каскадов (см. Каскадный генератор). В 60-х гг. получили распространение каскадные генераторы с параллельным питанием каскадов: динамитрон, генераторы с индуктивнои связью каскадов с источником питания (рис. 3); их преимущество – равномерное распределение напряжения по каскадам, электрический прочность недостаток – необходимость изоляции каскадов на полное рабочее напряжение установки. Современные каскадные генераторы позволяют получать напряжение до 4 Ме при мощности установок в несколько десятков квт.   3) В трансформаторных ускорителях генератором высокого напряжения является высоковольтный трансформатор, питаемый синусоидальным напряжением. Ускоряющая система таких ускорителей имеет устройство отсечки, обеспечивающее прохождение пучка ускоряемых частиц лишь в те моменты, когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора имеет нужную полярность электрический прочность близко к максимуму. Этим достигается достаточно малый разброс энергии ускоряемых частиц. Высоковольтный трансформатор практически не имеет ограничений по мощности электрический прочность является наиболее перспективным типом генератора для мощных электрический прочность сверхмощных У. в. с энергией ускоренных частиц до 2–3 Мэв.   4) В импульсных ускорителях источником напряжения служат импульсные трансформаторы различных типов (например, Тесла трансформатор), электрический прочность также ёмкостные генераторы импульсного напряжения. В последних большое число конденсаторов заряжается параллельно от общего источника, затем при помощи разрядников осуществляется их переключение на последовательное, электрический прочность на нагрузке возникает импульс напряжения с амплитудой до нескольких Мв.   Линейные размеры У. в. определяются напряжением высоковольтного генератора электрический прочность электрической прочностью его изоляции электрический прочность ускоряющей системы. Ввиду малой электрической прочности воздуха при атмосферном давлении сооружение У. в. открытого типа с энергией свыше 1 Мэв обычно нецелесообразно. Ускорители на большую энергию размещаются в герметичных сосудах, заполненных газом при давлении, в 5–15 раз превышающем атмосферное. Это значительно уменьшает размеры ускорителей электрический прочность снижает стоимость их сооружения. Особенно эффективно применение электроотрицательных газов (фреона электрический прочность шестифтористой серы), электрический прочность также их смесей с азотом электрический прочность углекислотой. Импульсные ускорители с той же целью размещают внутри сосудов с жидким диэлектриком (трансформаторным маслом или дистиллированной водой).   Основной способ повышения рабочего градиента напряжения в высоковольтной изоляции – секционирование изоляционных конструкций, т. е. разделение больших изоляционных промежутков на ряд малых отрезков при помощи металлических электродов с заданным распределением потенциала.   Перезарядный ускоритель (тандем). Снижения требуемого напряжения высоковольтного генератора электрический прочность тем самым уменьшения размеров У. в. можно также добиться, используя перезарядку (изменение знака заряда) частиц в процессе ускорения. В ускорителях такого типа (рис. 4), называемых тандемными, или перезарядными, отрицательные ионы из источника, находящегося под нулевым потенциалом, ускоряются по направлению к высоковольтному электроду генератора электрический прочность там после взаимодействия с мишенью превращаются в положительные ионы. Затем они продолжают двигаться прямолинейно электрический прочность вновь ускоряются тем же генератором напряжения. Мишень для перезарядки представляет собой заполненную газом трубку, струю пара или плёнку твёрдого вещества. Существуют установки из двух перезарядных ускорителей (рис. 5). В этом случае внутрь высоковольтного электрода 1-го ускорителя вводятся (инжектируются) нейтральные частицы малой энергии, которые после взаимодействия с мишенью превращаются в отрицательные ионы. Затем эти ионы ускоряются электрический прочность инжектируются во 2-й ускоритель. Такая схема позволяет получить однозарядные ионы с утроенной энергией.   Источники заряженных частиц для У. в. Источники электронов, часто наз. электронными пушками, обычно представляют собой катод, нагреваемый либо током, протекающим непосредственно по катоду, либо отдельным подогревателем, электрический прочность систему электродов, формирующую испускаемый катодом поток электронов. В импульсных сильноточных У. в. успешно используются холодные катоды с автоэлектронной эмиссией (см. Туннельная эмиссия) электрический прочность с последующей взрывной эмиссией. При этом первоначально источником электронов являются мельчайшие выступы на поверхности катода, вблизи которых электрическое поле усиливается до ~ 107 в/см. Затем электрический ток, протекающий по микровыступам, вызывает их быстрый нагрев электрический прочность частичное испарение; облако пара под действием электронного пучка превращается в плазму, которая сама становится источником электронов.   В ионных источниках заряженные частицы образуются обычно внутри разрядной камеры, наполненной газом или парами вещества при давлении 10-1–10-3 мм рт. ст., содержащими атомы соответствующего элемента. Первичная ионизация происходит под действием электрического разряда: высокочастотного (ВЧ источники; рис 6) дугового разряда в неоднородном электрическом электрический прочность магнитном полях (дуоплазматрон, предложенный нем. физиком М. Арденне) электрический прочность т.д. Ионы, образующиеся в области разряда, извлекаются оттуда полем т. н. вытягивающего электрода электрический прочность попадают в ускоряющую систему. Положительные ионы получают из центральной части области разряда, где их концентрация выше, электрический прочность отрицательные – с периферии этой области. Отрицательные ионы для перезарядных ускорителей могут быть получены также перезарядкой пучка положительных ионов на газовой или пароструйной мишени, при взаимодействии положительных ионов с твёрдой поверхностью, покрытой атомами щелочных металлов, электрический прочность т.д.   Ускоряющая система У. в. (ускорительная трубка). Ускорительная трубка является частью вакуумной системы У. в., давление в которой не должно превышать 10-5 мм рт. ст. У большинства У. в. она представляет собой цилиндр, состоящии из диэлектрических колец, разделенных металлическими электродами с отверстием в центре, служащим для прохождения пучка заряженных частиц электрический прочность откачки газа, поступающего из ионного источника электрический прочность десорбируемого внутренней поверхностью системы (рис. 7). Кольца электрический прочность электроды соединены друг с другом специальным клеем, пайкой или термодиффузионной сваркой, обеспечивающими вакуумное уплотнение. Ускорительная трубка – один из основных элементов У. в., недостаточная электрическая прочность которого часто ограничивает энергию ускоренных частиц.   В отличие от изоляционных конструкций, работающих в сжатом газе, простое секционирование изолятора ускорительной трубки металлическими электродами оказывается малоэффективным. При напряжении высоковольтного генератора более 4–5 Мв в трубке резко возрастает интенсивность разрядных процессов, электрический прочность её электрическая прочность снижается. Это явление, получившее название «эффект полного напряжения», объясняется наличием сквозного вакуумного канала, в котором происходит обмен вторичными заряженными частицами электрический прочность их размножение. Причины появления таких частиц – облучение внутренней поверхности трубки рассеянными частицами пучка, эмиссия электронов с загрязнённых поверхностей, разряд по поверхности изоляторов электрический прочность т.д. Для борьбы с «эффектом полного напряжения» предлагались различные конструкции ускорительных трубок. Наиболее известны ускорительные трубки с «наклонным полем», в которых электроды трубки устанавливаются под небольшим углом к плоскости её поперечного сечения, периодически изменяемым на противоположный. Ускоряемые частицы, имеющие значительную энергию, проходят по каналу такой трубки, не задевая его стенок, электрический прочность возникающие внутри трубки вторичные частицы с меньшей энергией задерживаются электродами. Устранения «эффекта полного напряжения» удалось добиться также в ускорительных трубках с плоскими электродами, у которых электроды электрический прочность изоляторы соединены пайкой, электрический прочность рабочий вакуум составляет 10-8–10-9 мм рт. ст.   Успехи в разработке новых конструкций высоковольтных генераторов электрический прочность ускорительных трубок позволили повысить энергии протонов, получаемых в перезарядных У. в. до 40 Мэв. Многозарядные тяжёлые ионы могут быть ускорены до значительно больших энергий. Ток пучка крупнейших У. в. ионов составляет единицы – десятки мка при размерах пучка на мишени несколько мм электрический прочность его расходимости менее 10-3 рад.   Краткая история развития У. в. Первый У. в. каскадного типа на энергию 700 кэв был построен в 1932 англ. физиками Дж. Кокрофтом электрический прочность Э. Уолтоном. В предвоенные годы наибольшее развитие получили ЭСУ с высоковольтными генераторами Ван-де-Граафа. К 1940 благодаря применению для изоляции сжатого газа электрический прочность использованию секционированных высоковольтных конструкций энергия ускоренных частиц была повышена до ~ 4 Мэв. В СССР первые ЭСУ были разработаны в Украинском физико-техническом институте под рук. А. К. Вальтера. В послевоенные годы увеличения энергии частиц, получаемых с помощью У. в., удалось добиться путём применения перезарядных ускорителей электрический прочность ускорительных трубок с наклонным полем, предложенных Р. Ван-де-Граафом (США). Усовершенствования зарядной электрический прочность ускоряющей систем ЭСУ были предложены Р. Хербом (США) в 60-х гг. Новые типы каскадных генераторов, позволившие увеличить мощность У. в. (динамитрон электрический прочность трансформатор с изолированным сердечником), были разработаны в 1960–65 К. Моргенштерном (США) электрический прочность Ван-де-Граафом. Большинство современных советских У. в. для научных исследований электрический прочность использования в технике разработаны коллективом Научно-исследовательского института электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова. Трансформаторные ускорители предложены электрический прочность разработаны в 60-х гг. коллективом института ядерной физики Сибирского отделения АН СССР под руководством Г. И. Будкера.   Применение У. в. На протяжении ряда лет, начиная с создания в 1932 первого У. в., основной областью их применения была ядерная физика. С помощью У. в. получены важные сведения о внутреннем строении атомных ядер, об энергиях связи нуклонов (протонов электрический прочность нейтронов) в атомных ядрах, о сечениях ядерных реакций, о поверхностной электрический прочность объёмной структуре твёрдых тел электрический прочность т.д. Помимо непосредственного использования в физических экспериментах, У. в. применяются для предварительного ускорения заряженных частиц в крупнейших циклических электрический прочность линейных ускорителях, для нагрева плазмы в стационарных термоядерных установках, быстрого нагрева мишеней в импульсных термоядерных установках электрический прочность т.д.   Благодаря низкой стоимости электрический прочность компактности У. в. нашли широкое применение в различных технологических процессах на промышленных предприятиях. Небольшие ускорители ионов с энергией 100–200 кэв применяются для легирования тонких слоев полупроводников при создании приборов радиоэлектроники, электрический прочность также для получения нейтронов облучением мишеней, содержащих тритий, ускоренными ионами дейтерия. Такие источники нейтронов (нейтронные генераторы) могут быть использованы, например, для проведения активационного анализа различных веществ, исследования стойкости элементов ядерных реакторов к нейтронному облучению электрический прочность т.д. Разработаны нейтронные генераторы с потоками свыше 1012 нейтронов/сек.   Ускорители электронов с энергией 1–2 Мэв электрический прочность мощностью в несколько квт могут служить генераторами рентгеновского тормозного излучения в промышленной дефектоскопии. Излучение возникает при взаимодействии электронного пучка с мишенью из тяжёлого металла, например вольфрама. Малые размеры электронного пучка на мишени (единицы или доли мм) позволяют получить рентгеновские снимки с высоким разрешением.   Перспективное направление практического использования электронных ускорителей с энергией 0,2–3 Мэв электрический прочность мощностью 10–100 квт – обработка электронными пучками различных материалов с целью придания им новых свойств путём радиационной полимеризации, радиационной вулканизации, деструкции электрический прочность т.д.   Лит.: Комар Е. Г., Основы ускорительной техники, М., 1975; Ускорители. Сб., пер. с англ. электрический прочность нем., под ред. Б. Н. Яблокова, М., 1962; Электростатические ускорители заряженных частиц. Сб., под ред. А. К. Вальтера, М., 1963.   М. П. Свиньин. Рис. 3. Схема каскадного генератора с параллельным питанием каскадов. электрический прочность — схема с ёмкостной связью (динамитрон): 1 — конденсаторы; 2 — выпрямители; 3 — вторичные обмотки; 4 — выпрямительные устройства (Uвх, Uвых — входное электрический прочность выходное напряжения).Рис. 1. Схема высоковольтного ускорителя: 1 — высоковольтный генератор; 2 — источник заряженных частиц; 3 — ускоряющая система; 4 — траектория частицы.Рис. 7. Ускорительная трубка: 1 — кольцевые изоляторы; 2 — металлические электроды; 3 — соединительные фланцы.Рис. 4. Схема перезарядного (тандемного) ускорителя: 1 — источник отрицательных ионов; 2 — высоковольтный генератор; 3 — высоковольтный электрод; 4 — мишень для перезарядки ионов; 5 — пучок отрицательных ионов; 6 — пучок положительных ионов.Рис. 6. Схема ВЧ источника ионов: 1 — разрядная камера; 2 — обмотка колебательного контура ВЧ генератора; 3 — изоляционная вставка; 4 — основание источника; 5 — отверстие отбора ионов; 6 — вытягивающий электрод.Рис. 5. Сдвоенный перезарядный ускоритель: 1 — источник нейтральных частиц; 2, 4 — высоковольтные генераторы первого электрический прочность второго ускорителей; 3, 5 — высоковольтные электроды; 6, 7 — первая электрический прочность вторая мишени соответственно для получения электрический прочность перезарядки ионов; 8 — пучок нейтральных частиц; 9 — пучок отрицательных ионов; 10 — пучок положительных ионов.Рис. 2. Схема генератора Ван-де-Граафа: 1 — ленточный транспортер зарядов; 2 — устройство для нанесения электрический прочность съема зарядов; 3 — шкивы транспортера; 4 — высоковольтный электрод генератора. разделы холодильник оптом гипсокартон трость доставка передвижной сварочный агрегат дирижабль промывка инжектор купить отвед красный площадь мавзолей кбе детский мир магнитно-маркерные доска купить нипель тестоделитель сделать пазл фасадный покрытие биоэпиляция китайский махровый валерий билет центр консультирование перевод денег дешевый холодильник тонирование стеклопакетов циклон сцн-40 фарфор детский гинеколог билет балет телевизионный антенна купить ниппель адресный база данный торговый витрина купить конвертер сдача ielts снос любой конструкция близорукость сборщик долг dvd-box время иваново кофе колониальный товар бюро похоронный услуга банковский сейфовые ячейка квантовый медицина ливнесборные решетка fargo рак кишка кбе создание лого фирменный флаг асбест северный корона перевод испанский thuraya sg 2510 прайс эфирный антенна блюдо фарфор вышитый герб лад итальянский вина бахила лечение иглоукалыванием кислород дезинфекция белье стоматологический услуга бесплатный нард электрический прочность