I_step_ITEP var2x

Ф ЕДЕРАЛЬНОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«Г ОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР Р ОССИЙСКОЙ Ф ЕДЕРАЦИИ
Институт Теоретической и Экспериментальной Физики»
Россия, 117218, Москва, Б. Черемушкинская 25.
Тел. (499) 125-25-07; (499) 123-82-18; Факс (499) 127-0833; e-mail: director@itep.ru
УДК 621.384.6
Коды ГРНТИ 47.31.41, 47.31.29
УТВЕРЖДАЮ
Директор ФГУП "ГНЦ РФ ИТЭФ"
____________Козлов Ю.Ф.
“____” ________ 2012 г.
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ
по Договору от «___» _______ 201_ г. №
«Сборка и настройка ускоряющей структуры и ВЧ системы для
нового форинжектора ЛУ-20»
наименование раздела: «Подготовка стенда, завоз комлектующих»
Ответственные исполнители:
_________________ А.А. Голубев
_________________ Т.В. Кулевой
г. Москва 2012 г.
Содержание
Введение.
3
1. Предполагаемые параметры ускоряющей структуры и ВЧ
системы для нового форинжектора ЛУ-20
5
2. Система ВЧ-питания ускорителя-форинжектора ЛУ-20
6
2.1 Радиотехнические параметры ускоряющей структуры
6
2.2 Система ВЧ питания
8
2.2.1 Структурная схема системы ВЧ питания.
8
2.2.2 Генераторные каскады и требования к системе
электропитания
11
2.3 Модулятор для ГВЧ
15
2.3.1 Электропитание модулятора
18
3. Основные параметры конструкции ускоряющей секции.
19
3.1.Общий вид ускорителя.
19
4. Подготовка места под сборку ускоряющей структуры и ВЧ
системы для нового форинжектора ЛУ-20 и завоз
оборудования.
23
4.1 Подготовка к сборке модулятора.
25
Заключение
31
Список использованных источников
32
2
Введение.
Разработка и ввод в эксплуатацию нового форинжектора ЛУ-20
предполагает замену существующего электростатического форинжектора на
основе
импульсного
трансформатора
на
ускоритель-форинжектор
с
пространсвенно-однородной квадрупольной фокусировкой ПОКФ (RFQ).
При этом необходимо сохранить режимы ускорения в основной части ЛУ-20
(ускорителе со структурой Альвареца) протонов на первой кратности с
конечной энергией 20 МэВ и частиц с Z/A  0.5 (вплоть до 0.3) на второй
кратности с конечной энергией 5 МэВ/н. Необходимые исходные данные для
разработки RFQ представлены в Таблица 1. Поскольку на выходе RFQ
требуются разные энергии частиц с Z/A=1 и 0.3≤Z/A≤0, предполагается
использовать две отдельных секции RFQ, устанавливаемых на входе в ЛУ-20
в зависимости от типа ускоряемых частиц. Секции RFQ имеют идентичные
линейные размеры и соединительные фланцы.
Предварительная сборка, настройка и контрольный ввод ВЧ мощности
в разрабатываемые секции RFQ будет осуществлен в рамках данного
контракта на территории ИТЭФ. Для этого в институте на южной эсткакаде
корпуса
119
подготовлено
место
для
проведение
сборочный
и
пусконаладочных работ. В данном месте ранее располагался ускоритель
ИСТРА и оно обеспечено техническими службами, необходимыми для
выполняемой работы. А именно: в 119 корпусе был сделан мощный ввод с
установочной мощностью 400 кВт и создана система стабилизированного
питания на
базе стабилизаторов СТС2М -30/0.5 380 ±1% . На эстакаде
проложены трубы для охлаждения ГВЧ (генератор высокой частоты)
каскадов дистиллированной водой и смонтирована система резервного
охлаждения на случай отключения электропитания. В ходе работ на эстакаде
был смонтирован пульт управления системами ускорителя, отдельные узлы
которого можно будет использовать для нужд стенда.
3
В отчете подробно описана система ВЧ питания ускорителя и
сформулированы требования к стенду по ее монтажу и запуску. Также
приведена конструкция ускоряющих секций. Представлены результаты
подготовки места на южной эстакаде под проводимые работы и перечислено
оборудование и материалы, поставленные заказчиком для проведения работ
по сборке стенда.
4
1. Предполагаемые параметры ускоряющей структуры и ВЧ
системы для нового форинжектора ЛУ-20
Модернизация ускорителя ЛУ-20 предполагает замену существующего
электростатического форинжектора на RFQ предускоритель. При этом
должны быть сохранены режимы ускорения в ЛУ-20 протонов на первой
кратности с конечной энергией 20 МэВ/н и частиц с отношением заряда к
массе 0.3 ≤ Z/A ≤ 0.5 на второй кратности с конечной энергией 5 МэВ/н.
Необходимые исходные данные для разработки RFQ на частоте f= 145.2 МГц
представлены в Таблица 1
Таблица 1 Параметры ускорителя RFQ.
Параметры на входе RFQ
Z/A
1.0
0.5
 0.3
Напряжение инжекции, [ кВ]
≤ 150 (45)
≤ 150 (90)
≤ 150 (135)
20
10
0.4
0.2
0.15
0.62523
0.1550596
0.1550596
0.036488
0.018244
0.018244
≥ 80
≥ 80
≥ 80
≤4
≤4
≤ 90
≤ 90
Максимальный
ток
инжекции, 40
[мА]
Нормализованный
эмиттанс
пучка, [π см мрад]
Параметры на выходе RFQ
Энергия на выходе RFQ, MeV/u]
Приведенная скорость на выходе
RFQ
Коэффициент захвата RFQ, [%]
Полуразмах
сепаратрисы
по
импульсам Δp/p на выходе RFQ, ≤ 6
[%]
Фазовая
сепаратрисы
протяженность
на
выходе
RFQ, ≤ 90
[град]
5
Нормализованный
эмиттанс
пучка, [π см мрад]
Максимальная длина RFQ , [м]
Максимальное
напряжение
≤ 1.0
≤ 0.5
≤ 0.5
≤3
≤3
≤3
1.3
2
80
120
на
электродах, (Килпатрик)
Максимальное
напряжение
на
электродах, кВ
Поскольку на выходе RFQ требуются разные энергии частиц с Z/A=1 и
0.3≤Z/A≤0, предполагается использовать две отдельных секции RFQ,
устанавливаемых на входе в ЛУ-20 в зависимости от типа ускоряемых
частиц.
Секции
RFQ
имеют
идентичные
линейные
размеры
и
соединительные фланцы.
2. Система ВЧ-питания ускорителя-форинжектора ЛУ-20
2.1 Радиотехнические параметры ускоряющей структуры
Поскольку на выходе ускорителя-форинжектора требуются разные
энергии частиц с отношением заряда к массе Z/A=1 и Z/A≤0,5 , то, как было
уже сказано выше, предполагается использовать две RFQ структуры,
устанавливаемых на входе линейного ускорителя с трубками дрейфа. При
этом система ВЧ питания должна быть одной и обеспечивать необходимый
уровень мощности для каждой из структур.
Основные параметры структуры для ускорения протонов (Z/A=1), а
также показатели, полученные в результате анализа технических требований
к технологическим системам, показаны в таблице (Таблица 2).
6
Таблица 2 - Основные технические параметры RFQ структуры
№
Параметр
Обознач.
Величина Размерн.
1.
Импульсный ток пучка
Iп
40
мА
2.
Энергия инжекции
Wинж
0,045
МэВ
3.
Выходная энергия
Wвых
0,625
МэВ
4.
Набор
0,58
МэВ
энергии
на
длине ∆W
резонатора
5.
Длительность импульса тока пучка t П
10
Мкс
6.
Частота повторения импульсов
1
Гц
9.
Радиотехническая
частота fО
145,2
МГц
собственная Qо
12000
F
возбуждения
10.
Расчетная
добротность структуры
11.
Постоянная времени структуры не О
26,3
Мкс
подключенной к ГВЧ
12.
Ожидаемая
добротность QH=QО/2
6000
резонатора, подключенного к ГВЧ
13.
Постоянная времени резонатора,  = QH/f
13,15
Мкс
60,5
Мкс
±24,2
кГц
40
Мкс
120
кВ
подключенного к ГВЧ
14.
Длительность
фронта
ВЧ tф = 4,6
импульса в подключенной к ГВЧ
структуре за время, когда поле
возрастает до 99 %
15.
Полоса
пропускания П=±fО/QH
подключенного к ГВЧ резонатора
16.
Длительность плоской вершины tB
ВЧ импульса на уровне  0,99
17.
Эффективное
ускоряющее UЭФФ
напряжение
7
18.
Мощность,
потребляемая Руск
23,2
кВт
160
кВт
= 240
кВт
импульсом тока пучка
19.
Расчетное
значение
мощности РМ
рассеяния в меди
реально
значение Р
20. Ожидаемое
МР
мощности рассеяния в меди
1,5РМ
21. Суммарная мощность, вводимая в Pп=
резонатор
Pуск+ РМР
23.
Энергия, запасаемая в резонаторе
W=QOPM/
ω
24. Энергия, уносимая импульсом тока WУСК
пучка
25. Точность поддержания частоты ЗГ
нестабильность ∆E/E
26. Допустимая
НОМ
амплитуды поля
27. Точность поддержания собственной ∆f
частоты резонаторов
283,2
кВт
2,105
Дж
0.212
Дж
10-6
≤|± 1|
%
≤|± 1214|
Гц
2.2 Система ВЧ питания
2.2.1 Структурная схема системы ВЧ питания.
Система ВЧ питания состоит из высокочастотного усилительного
канала с внешним возбуждением и высоковольтного модулятора анодного
напряжения (см. Рис. 1). Задающий генератор (ЗГ) осуществляет генерацию
синусоидального сигнала опорной частоты с заданной фазой. В штатном
режиме работы опорная частота определяется внешним для ЗГ сигналом,
поступающим из резонатора ускорителя Альвареца. Сигнал с выхода
задающего генератора (ЗГ) поступает на вход схемы импульсной модуляции,
где происходит преобразование непрерывного сигнала в импульсный с
нужной
амплитудой
и
длительностью.
Далее
сигнал
усиливается
транзисторным усилителем (ТУ) до уровня 150 Вт и поступает на вход
лампового каскада стойки предварительного усиления (СПУ). Для развязки
между транзисторным усилителем и входной цепью лампового каскада
8
используется ферритовый циркулятор ФЦ. Вместо циркулятора можно
применить ферритовый вентиль с соответствующими параметрами. Если
потребуется увеличить выходную мощность ТУ, то это можно будет
обеспечить путем сложения мощностей двух одинаковых модулей или
использовать более мощный балансный транзистор типа MRF151G.
СПУ состоит из двух каскадов на лампах ГИ-39Б, которые позволяют
получить на выходе сигнал, соответствующий расчетному значению
амплитуды напряжения на управляющей сетке мощного каскада на лампе
ГИ-27АМ. Анодное напряжение на ламповые каскады СПУ и выходной
каскад подается от одного модулятора с разных выводов импульсного
трансформатора. При анодном напряжении 15 кВ мощность на выходе
оконечного каскада составляет 350 кВт в импульсе. Уровень мощности
контролируется
с
помощью
рефлектометров,
измеряющих
значения
падающих и отраженных волн. Для установки и подстройки фазы колебаний
в высокочастотный тракт между выходным каскадом и ускоряющей
структурой включена раздвижная фазосдвигающая линия (ФСЛ). Мощность
возбуждения
электрическая
поступает
прочность
в
структуру
которого
через
должна
фидерный
превышать
ввод
(В2),
максимальное
напряжение стоячей волны в фидерном тракте при возможных пробоях в
структуре.
Регулировка
уровня
выходной
ВЧ мощности
усилительного
канала
осуществляется путем установки зарядного напряжения на формирующей
линии модулятора.
9
Рис. 1 Структурная схема системы ВЧ питания.
10
2.2.2 Генераторные каскады и требования к системе электропитания
В
качестве
выходного
каскада
предполагается
использовать
усилительный каскад, разработанный для систем ВЧ питания ускорителей
заряженных частиц на частоту 148,5 МГц. Схема и конструкция такого
каскада подробно рассмотрены в [1]. Там же приводится эпюра
продольного распределения напряжения в анодном резонаторе каскада.
Для
использования
корректировка
линейных
его
на
частоте
размеров
145,2 МГц
внутренней
потребуется
трубы
анодного
резонатора, согласующих и блокировочных устройств. Узлы блока
питания и системы охлаждения остаются в прежнем виде. Для
предотвращения выхода из строя лампы в момент подачи напряжения
накала, будет применяться схема ступенчатого включения. Пусковой ток
не должен превышать удвоенного номинального рабочего значения.
Для проведения работ по сборке генераторного каскада необходимо
обеспечить следующие условия по системе электропитая:
К генератору должно подводиться:
1. стабилизированное напряжение 380 В ±1% для питания накала лампы (8
кВт),
2. напряжение 380 В ±5% для питания двигателя вентилятора (80 Вт),
3. импульсное напряжение анодного питания от модулятора,
4. дистиллированная вода для охлаждения анода, выводов катода лампы и
клиц на накальном трансформаторе.
К СПУ должно подводиться:
1. стабилизированное напряжение 220 В ±1% для питания накала лампы и
транзисторного усилителя(0,5 кВт),
2. напряжение 380 В ±5% для питания двигателя вентилятора (80 Вт),
3. импульсное напряжение анодного питания от модулятора,
11
Однолинейная
схема
электропитания
системы
ВЧ
питания
представлена на Рис. 2.
Сеть 380/220
5%
А1
СТС2-12/0,5 380 1%
А2
А3
4,0А
А4
Л1
30А
Л2
Обозначение нагрузки
ВБ
СПУ
ВК
ВБ
СПУ
ВК
Рн [кВт]
0,08
0,08
0,08
1
1
8
I [A]
0,21
0,21
0,21
2,6
2,6
21
Наименование узла
Вентилятор
Накал
ВБ- канал возбуждения банчера
СПУ - стойка предварительного усиления
ВК - выходной каскад
А1,А2,А3,А4 - автоматические выключатели
Л1,Л2 - магнитные пускатели
Рис. 2. Однолинейная схема электропитания системы ВЧ питания.
Помимо этого необходимо обеспечить подвод воды для охлаждения
узлов генератора. Ориентировочный расход воды для охлаждения анода
лампы составляет 12 л/мин. Температура и давление воды на входе
анодного бака не должны превышать соответственно +200С и 3 атм.
Расход воды для охлаждения выводов катода и трансформатора не
12
превышают 5 л/мин. Суммарный расход воды составляет 17 л/мин.
Гидравлическая схема напорной и сливной гребенок показана на Рис. 3.
Каскад ГИ27-АМ
ГК-1
ГК-2
СЛИВ
НАПОР
ГК-3
Рис. 3. Гидравлическая схема напорной и сливной гребенок системы
водяного охлаждения.
В конструкции каскада предусмотрено воздушное охлаждение
керамических
изоляторов
лампы
с
помощью
вентилятора,
обеспечивающего поток воздуха 200 м3/ч.
В
Таблица
3
приведен
перечень
основного
высокочастотного
оборудования, необходимого для сооружения системы ВЧ питания RFQ
структуры.
Таблица 3 – Основное высокочастотное оборудование.
1.
Усилитель мощности (145,2 МГц) на лампе ГИ-27АМ
1 шт.
2.
Блок питания и охлаждения каскада на лапе ГИ-27АМ
1 шт.
3.
Предварительные усилители на лампах ГИ-39Б
4 шт.
4.
Стойка
предварительного
усиления
(для
размещения 1 шт.
каскадов на лампах ГИ-39Б)
5.
Транзисторные усилители с Рвых=150 Вт
13
2 шт.
6.
Источники
питания
транзисторных
усилителей 6 шт.
(+48В,+24В,+12В)
7.
Усилительные модули (Рвых = 7 Вт)
2 шт.
8.
Ферритовый циркулятор (либо вентиль)
1 шт.
9
Датчики контроля параметров каналов (рефлектометры, комплект
амперметры, вольтметры и т.д.) с выводом сигналов на
компьютер
10 Эквиваленты нагрузки генераторов
1 шт.
11 Фидерные вводы в резонатор
4 шт.
12 Фазосдвигающие линии
1
13 Кабель РК-50-24-15
10 м
14 Кабель РК-50-13-17
20 м
14
2.3 Модулятор для ГВЧ
Параметры модулятора, необходимого для питания анодов ламп
каскадов генератора ВЧ представлены в таблице (Таблица 4).
Таблица 4 – Параметры модулятора ГВЧ.
Максимальная импульсная мощность в нагрузке
800 кВт
Диапазон плавной регулировки амплитуды выходного 10÷ 18 кВ
сигнала
Длительность импульса по основанию
150 мкс
Длительность плоской части вершины импульса
Не менее 50 мкс
Спад плоской вершины
≤ 1.5 %
Нестабильность амплитуды импульсов в нагрузке от ≤ 1 %
импульса к импульсу
Максимальная частота повторения
Для модулятора
1 Гц
выбрана схема на основе формирующей линии,
работающей в режиме полного разряда.
Упрощенная
схема,
на
основе
которой
предстоит
собрать
полномасштабный макет модулятора и провести его тестирование, приведена
на Рис. 4.
15
ФЛ
R
INDUCTOR
ВБП
C1
INDUCTOR
ТВ
INDUCTOR
C2
C9
ИТ
Таймер
к ГВЧ
ШТ
БЗ
ВД2
ВД1
R экв
Рис. 4. Схема макета модулятора.
ВБП-высоковольтный блок питания; R – Зарядное сопротивление; ФЛ –
формирующая линия; ТВ – тиристорный вентиль; ИТ – импульсный
трансформатор; ШТ – шлейфовый трансформатор; БЗ – блок запуска;
ВД1,ВД2 – высоковольтные делители; Rэк – эквивалент нагрузки.
Формирующая
линия
(ФЛ)
является
времязадающим
и
энергонакопительным элементом схемы модулятора.
В
качестве
предполагается
зарядного
использовать
устройства
для
высоковольтный
формирующей
блок
линии
регулируемого
стабильного напряжения и тока (ВБП) типа HCP700-6500, позволяющей
заряжать конденсаторы линии постоянным током величиной от единиц до
100 мА до напряжений от сотен вольт до 6.5 кВ с последующей
стабилизацией зарядного напряжения с точностью не хуже 0.1%.
В модуляторе предполагается использовать безмасляный импульсный
трансформатор. Высоковольтная развязка между первичной и вторичной
обмотками будет обеспечена благодаря использованию для его намотки
кабеля РК50-9-12.
Согласно
проведенным
расчетам, трансформатор
для
передачи
импульса с заданным уровнем искажений плоской вершины должен иметь не
16
менее 70 витков в первичной обмотке и сечение магнитопровода порядка
120 см2.
Технологически наиболее просто изготовить катушку индуктивности
линии
в
виде
длинного
соленоида
с
отводами,
намотанного
на
диэлектрический каркас круглого сечения. Диаметр каркаса, шаг и длина
намотки принятые для изготовления соленоида ФЛ имеют следующие
значения: Dk = 8.8 см, n1 = 3 вит/см, l = 100 см. Полученная длина намотки
позволяет разделить соленоид на 9 секций, длина каждой из которых близка
к оптимальному значению 1.25 D. Учитывая, что общая емкость линии
составляет примерно 9 мкФ, то в каждой из 9 ячеек линии должен быть
установлен конденсатор емкостью в 1 мкФ (Предположительно типа КПИ 1 - 10).
В качестве коммутатора в модуляторе используется составной
тиристорный вентиль (ТВ), собранный из 10 последовательно соединенных
тиристоров ТБ-143-400-12. От влияния мощных импульсных наводок
вентиль защищен ограничителями напряжения ОНС-10-10, включенными
параллельно каждому тиристору. Для включения вентиля используется
тиристорный блок запуска (БЗ), который нагружен на шлейфовый
трансформатор (ШТ). В первичной обмотке ШТ формируются одиночные
импульсы синусоидальной формы с амплитудой до 100 А и длительностью
10÷15 мкс. Импульсы запуска появляются на управляющих электродах
тиристоров вследствие наведенной ЭДС в обмотках ферритовых колец
,нанизанных на шлейф, в качестве которого используется изолированная
жила кабеля РК50-9-12. Включение блока запуска осуществляется от
внешнего таймерного устройства.
При проведении пуско-наладочных работ предполагается использовать
встроенный эквивалент нагрузки (Rэк). Для контроля параметров импульсов
модулятора предусмотрено использование высоковольтных делителей ВД1 и
ВД2. После проведения стеновых испытаний и выхода на номинальный
17
режим работы элементы конструкции модулятора предполагается разместить
в металлическом шкафу с габаритами 1600×1800×600 см.
2.3.1 Электропитание модулятора
Системы и узлы модулятора питаются от трехфазной электросети с
напряжением 380/220 В и нестабильностью  5 %. Общая потребляемая
мощность составляет (в режиме повторения импульсов 1 Гц) не более 2. кВт.
Однолинейная схема питания модулятора приведена на Рис. 5.
Ввод 380/220В , 50Гц
Ф
Автоматические
выключатели, Iн (А)
N
Магнитные
пускатели, Iн (А)
4,0 A
2,0 A
2,0 A
10,0 A
4,0 A
обозначение нагр.
ВБП
БЗ
Рн (кВт)
0,70
0,33
Iн (A)
3,2
1,5
наименование узла
высокое напряжение
БПИ
блок запуска
0,10
2,0
2,0
10,0
управление и
сигнализация
Рис. 5. Однолинейная схема питания модулятора.
18
розетки
3. Основные параметры конструкции ускоряющей секции.
3.1.Общий вид ускорителя.
Общий вид ускорителя показан на Рис. 6. Общая длина ускорителя
2245 мм. Длина секции 695 мм, внутренний диаметр 400 мм. В каждую
секцию установлены по четыре электрода, общая длина одной линии
электродов в секциях 2070 мм. Ускоритель состоит из трех одинаковых по
длине секций
и двух крышек входной и выходной. Для обеспечения
электрического контакта электроды каждой секции соединены двумя
пластинами. Между собой секции уплотняются через круглую медную
прокладку диаметром 2 мм.
В секции установлены электроды одинаковой длины. Вертикальная и
горизонтальная линейки электродов одинаковы, но установлены навстречу
друг другу. В результате структура получается со смещенными магнитными
окнами связи Рис. 7. На электроды нанесена модуляция с различным
периодом. Исходя из этого, секции делятся на начальную, регулярную и
выходную.
Каждая секция состоит из вакуумного кожуха с контуром охлаждения
и приваренными патрубками, а также четырех электродов, установленных в
кожух на алюминиевую прокладку.
Четыре патрубка с условным проходным диаметром Dу 100 мм
предназначены для подсоединения вакуумных насосов, измерителей вакуума,
петели/петель мощности,
элементов подстройки частоты и т.д.. Четыре
патрубка с Dу 63 мм предназначены для установки измерительных петель,
обеспечивающих он-лайн контроль распределения поля. Восемь патрубков
с Dу 50 мм предназначены для подвода воды к электродам.
Точность установки электродов должна удовлетворять требованиям
указанным на Рис. 8.
19
Крышка
выходная
Регулярная
секция
Начальная
секция
Крышка
входная
Пластина
для контакта
электродов
Рис. 6 3Д вид ускорителя RFQ.
20
Рис. 7
Расположение электродов в ускорителе.
21
Рис. 8 Точность установки электродов в секции.
22
4. Подготовка места под сборку ускоряющей структуры и ВЧ
системы для нового форинжектора ЛУ-20 и завоз оборудования.
Приведенные выше описания структуры и системы ВЧ питания
позволили сформулировать требования к стенду для сборки и наладки
ускорителя форинжектора для ЛУ20. Данный стенд должен удовлетворять
следующим условиям
- наличие достаточного места для сборки и наладки ВЧ генератора и
ускоряющей структуры;
-подводка воды с необходимой скоростью протока для охлаждения
ламп ГВЧ;
-мощный ввод стабилизированного электропитания;
-возможность использования электромеханических устройств (крана)
для перемещения тяжелых предметов.
На стенде должны быть расположены пять основных блоков:
а) модулятор;
б) стойка предварительного каскада усиления ;
в) оконечный каскад;
г) раздвижная линия;
д) ускоряющая структура.
На стенде должно быть предусмотрено место для сборки и отладки
отдельных узлов и блоков.
Расстояние между отдельно стоящими компонентами ускорителя
должно позволять производить полную или частичную разборку систем при
наладке
Этим
требованиям удовлетворяет
место бывшего инжектора
ускорителя “Истра” на южной эстакаде 119 корпуса. Ускоритель “Истра”
разрабатывался как полноразмерный прототип установки для переработки
радиоактивных отходов работы ядерных реакторов. Для его создания в 119
корпусе был сделан мощный ввод с установочной мощностью 400 кВт и
создана система стабилизированного питания на
23
базе стабилизаторов
СТС2М -30/0.5 380 ±1% . На эстакаде проложены трубы для охлаждения ГВЧ
каскадов дистиллированной водой и смонтирована система резервного
охлаждения на случай отключения электропитания. В ходе работ на эстакаде
был смонтирован пульт управления системами ускорителя, отдельные узлы
которого можно будет использовать для нужд стенда.
Для проведения работ по сборке системы ВЧ-питания
на южной
эстакаде было расчищено место где раньше располагался инжектор
ускорителя ‘Истра’. С выделенной площадки демонтировали и убрали
оборудование, которое не потребуется в будущих работах. Проведена
санитарная уборку освободившейся площади. Проведены мероприятия по
обеспечению необходимой освещенностью рабочих мест, а именно,
заменены
перегоревшие
лампы,
отремонтированы
неработавшие
светильники, добавлено необходимое количество местного освещения,
проведена ревизия щитов технических систем ускорителя с целью
подключения питания модулятора
и накала ламп. Проведены работы по
проверке и отладке таймерного устройства. Проведена ревизия системы
водяного
охлаждения
каскадов
ГВЧ.
Начаты
работы
по
ревизии
поступившего оборудования и его сборке.
Примерный план расположения оборудования на создаваемом стенде с
основными размерами представлен на Рис. 9
24
Рис. 9. Где: 0 – стена, 1 - Блоки защиты, 2 - Ускоряющая структура, 3 Модулятор, 4 - Оконечный каскад ГВЧ, 5 - Стойка предварительного
усиления, 6 - Раздвижная линия, 7 - Шкаф управления, 8 - Размеры стенда.
4.1 Подготовка к сборке модулятора.
Для сборки мощного высоковольтного модулятора в ИТЭФ были
поставлены следующие приборы о материалы.
1. Три корпуса электротехнических шкафов исполнения IP55:
напольный шкаф , дверь двойная, с монтажной панелью, два
замка артикул ШЭ-1800.1000.600-2 ;(Рис. 10)
напольный шкаф, дверь одинарная с монтажной панелью, один
замок, артикул ШЭ-1800.600.600-2; (Рис. 10)
настенный шкаф, дверь одинарная, два замка, с монтажной
панелью, артикул ШЭН-600.600.250
25
В напольных шкафах будет смонтирована силовая часть модулятора. В
настенном шкафу будет расположена местная схема управления системой
ВЧ-питания.
Эскиз размещения основных силовых элементов в модуляторе
представлен на Рис. 11. Для крепления напольных шкафов и создания
дополнительной жесткости конструкции был сварен каркас из купленного
швеллера с пазами для крепления импульсного трансформатора.
2. Для создания импульсного трансформатора был поставлен кабель
радиочастотный РК50-9-12 - 1000 м.
3. Мощные высоковольтные конденсаторы КПИ -1-10-1 для длинной
линии на распределенных элементах в количестве 11шт (Рис. 12).
4. Для питания силовой части модулятора был поставлен источник
питания
модель HCP700-6500 (Напряжение 0-6500 В, ток 0-100 мА)
положительной полярности с высоковольтным разъемом SHV, фирмы FUG, с
десяти метровым высоковольтным кабелем RG58. В блок питания
предусмотрены дополнительные функции: опция LAN (Ethernet)
для
дистанционного управления и опция “Аналоговое программирование” для
местного управления.
5.Для внутреннего монтажа и укрепления корпуса модулятора было
закуплено листовое железо толщиной 1.5 мм , стальные уголок (Угловая
сталь ГОСТ 8509-93 размер32*4мм ) и швеллер размер 80*32*4 .
6. Поставлен корпус мощного каскада на лампе ГИ-27, накальный
трансформатор для этой лампы (Рис. 13 и Рис. 14), подстроечные мощные
шлейфы для петель вывода мощности из этого каскада.
7. Механический фазовращатель для изменения длины передающей
линии (Рис. 15).
8. Мощные транзисторы MRF150 в количестве 6 шт и MRF314 в
количестве
10
шт,
которые
будут
использованы
в
конструкции
транзисторного усилителя (ТУ) между задающим генератором и стойками
предварительного
усиления
на
лампах
26
ГИ-39Б
(СПУ).
Количество
транзисторов приобретено с запасом, чтобы иметь резерв на случай их
поломки при испытаниях.
9. Подстроечные конденсаторы СТС 05-30RSM в количестве 20 шт,
которые будут использованы в конструкции транзисторного усилителя (ТУ).
10.Усилительный модуль RA60H1317M в количестве 3 шт, которые
будут использованы в конструкции транзисторного усилителя (ТУ).
11.Преобразователь напряжения TXL230-48S в количестве 3 шт,
TXL230-24S в количестве 4 шт, TXL230-12S в количестве 3 шт, которые
будут использованы в конструкции транзисторного усилителя (ТУ).
12. .Генераторная лампа ГИ-39Б
в количестве 7 шт, которые будут
использованы в конструкции стоек предварительного усиления
(СПУ).В
СПУ будут задействованы 6 ламп и одна лампа запасная.
13. Круг латунный Л63 Ф100х1000 мм и круг медный М1 Ф70х1000 мм
для изготовления фидерных вводов в резонатор.
Рис. 10. Корпуса электротехнических шкафов исполнения IP55:
27
Рис. 11. Эскиз размещения основных силовых элементов в модуляторе
Рис. 12. Мощные высоковольтные конденсаторы КПИ -1-10-1
28
Рис. 13. Корпус мощного каскада на лампе ГИ-27 с накальным
трансформатором для этой лампы
29
Рис. 14. Внутренний вид корпуса мощного каскада на лампе ГИ-27
Рис. 15. Механический фазовращатель для изменения длины передающей
линии
30
Заключение
Предварительная сборка, настройка и контрольный ввод ВЧ мощности
в разрабатываемые секции RFQ будет осуществлен в рамках данного
контракта на территории ИТЭФ. Для этого в институте на южной эсткакаде
корпуса
119
подготовлено
место
для
проведение
сборочный
и
пусконаладочных работ. В данном месте ранее располагался ускоритель
ИСТРА и оно обеспечено техническими службами, необходимыми для
выполняемой работы.
Для проведения работ по сборке системы ВЧ-питания
на южной
эстакаде было расчищено место где раньше располагался инжектор
ускорителя ‘Истра’. С выделенной площадки демонтировали и убрали
оборудование, которое не потребуется в будущих работах. Проведена
санитарная уборку освободившейся площади. Проведены мероприятия по
обеспечению необходимой освещенностью рабочих мест, а именно,
заменены
перегоревшие
лампы,
отремонтированы
неработавшие
светильники, добавлено необходимое количество местного освещения,
проведена ревизия щитов технических систем ускорителя с целью
подключения питания модулятора и накала ламп и отлажен таймер.
31
Список использованных источников
1. Линейные ускорители ионов. Под ред. Б.П. Мурина, М., Атомиздат, 1978,
с. 164.
32