Исследование баланса энергии в ионном ускорителе ТЕМП - 4М

Слайд #1

Исследование баланса энергии в ионном ускорителе ТЕМП-4М Магистрант 1-го года обучения Хайлов И. П. Научный руководитель: Пушкарёв А. И. Национальный исследовательский Томский политехнический университет ИФВТ Кафедра техники и электрофизики высоких напряжений

Слайд #2

Радиационно-пучковое модифицирование мощными ионными пучками позволяет получать в поверхностных слоях материалов составы и структуры, недоступные ни одному из традиционных металлургических способов. Для повышения эффективности генерации мощного ионного пучка необходимо увеличить эффективность передачи энергии в самой установке. С этой целью были проведены исследования баланса энергии и расчет передачи энергии в узлах ускорителя ТЕМП-4М при работе ускорителя в одно- и двух-импульсном режимах.

Слайд #3

Экспериментальный стенд ТЕМП-4М Параметры ускорителя ТЕМП-4M: ускоряющее напряжение 250 – 300 кВ; длительность импульса 150 нс; плотность ионного тока на мишени 25 – 150 А/см2; частота импульсов 6 имп./мин. Beam composition: ions of carbon (C+) and protons

Слайд #4

Схема ускорителя: 1, 4 – газовые разрядники; 2, 5 – делители напряжения; 3 – ДФЛ; 6 – пояс Роговского; 7 – магнитоизолированный диод; 8 – акуумная камера; 9 – мишенный узел; 10 – вакуумная система; 11- генератор импульсных напряжений (ГИН); 12 – система газоподачи и водоподготовки

Слайд #5

Функциональная схема ускорителя: 1 – генератор импульсного напряжения; 2 – двойная формирующая линия, 3 - диодная камера, 4 – нагрузка. Калибровка диагностического оборудования на согласованную нагрузку

Слайд #6

Калибровка диагностического оборудования на согласованную нагрузку Осциллограммы сигналов с поясов Роговского на выходе ДФЛ и с шунта.

Слайд #7

Калибровка диагностического оборудования на согласованную нагрузку Экспериментальные значения напряжения и тока на выходе ДФЛ и расчетные значения напряжения. Одноимпульсный и двухимпульсный режим Напряжение, прикладываемое к диоду рассчитывали по формуле:

Слайд #8

Слайд #9

Слайд #10

Баланс энергии при генерации МИП Эффективность работы ДФЛ (без зарядной индуктивности) при генерации МИП

Слайд #11

Зависимость энергии МИП от энергии, подводимой к диоду в течение генерации ионного пучка (точки). Кривая 1 – эффективность генерации 5.4%, кривая 3 – предельная эффективность генерации ионов С+ в режиме ограничения объемным зарядом (0.7%).

Слайд #12

1. Выполненные исследования баланса энергии в генераторе импульсных ионных пучков гигаватной мощности ТЕМП-4М показали, что работа без зарядной индуктивности позволяет увеличить эффективность передачи энергии в нагрузку в 1.5 раза. 2. Потери энергии в разрядниках и в ДФЛ за счет проводимости диэлектрика достигают 25%. 3. Потери энергии в зарядной индуктивности составляют 10%. 4. Низкая эффективность генерации МИП в основном определяется диодом.

Слайд #13

Спасибо за внимание.

Слайд #14

Калибровка диагностического оборудования на согласованную нагрузку Осциллограммы напряжения и тока на выходе ГИНа и расчетные значения напряжения. Одноимпульсный и двухимпульсный режим. Зарядное напряжение ДФЛ рассчитывали по формуле:

Слайд #15

Баланс энергии ускорителя при работе на согласованную нагрузку Эффективность работы ДФЛ. Сводные данные для трех режимов работы на согласованную нагрузку