Multi-purpose modes of formation of electron beams in the cylindrical magnetic field of the magnetron gun

The results of the study on the formation of electron beams by the magnetron gun at various configurations of the magnetic field in the beam transport channel are presented. A technique for modeling the processes of formation of electron flows and control of the distribution of beams by collimation is presented. Numerical simulation of the dynamics of electron beams in the magnetic field of the gun for its various configurations has been carried out. Experimental data on the transportation and collimation of electron beams are presented. The possibility of stable formation of an electron beam in the axial direction during its transportation is shown. Imprints of the collimated electron beam were obtained on metal targets. The possibility of controlling the beam diameter by varying the magnetic field is shown. Comparison of the results of numerical modeling and experimental data on the motion and collimation of the tubular electron flow is carried out.Представлено результати дослідження щодо формування магнетронною гарматою електронних пучків при різних конфігураціях магнітного поля в каналі транспортування пучка. Викладена методика моделювання процесів формування електронних потоків і управління розподілом пучків методом колімування. Проведено чисельне моделювання динаміки електронних пучків у магнітному полі гармати при різних його конфігураціях. Наведено експериментальні дані з транспортування і колімування електронних пучків. Показана можливість стійкого формування електронного пучка в осьовому напрямку при його транспортуванні. Отримано відбитки колімованого електронного пучка на металевих мішенях. Показана можливість регулювання діаметра пучка шляхом варіації магнітного поля. Проведено порівняння результатів чисельного моделювання і дослідних даних по руху і колімації трубчастого електронного потоку.Представлены результаты исследования по формированию магнетронной пушкой электронных пучков при различных конфигурациях магнитного поля в канале транспортировки пучка. Изложены методика моделирования процессов формирования электронных потоков и управления распределения пучков коллимирования. Проведено численное моделирование динамики электронных пучков в магнитном поле пушки при различных его конфигурациях. Приведены экспериментальные данные по транспортировке и коллимированию электронных пучков. Показана возможность устойчивого формирования электронного пучка в осевом направлении при его транспортировке. Получены отпечатки коллимированного электронного пучка на металлических мишенях. Показана возможность регулирования диаметра пучка путем вариации магнитного поля. Проведено сравнение результатов численного моделирования и опытных данных по движению и коллимации трубчатого электронного потока

Modeling of oscillatory and rotary trajectories of electrons in gradient magnetic field magnetron gun

The motion of electrons in cylindrical magnetic field with variable strength along the axis is considered. The formation of a beam with energy of 55 keV in the longitudinal direction during its transport in solenoidal magnetic field with large gradient has been studied. The bifurcation regimes of the dynamics of particles during their movement along the transport axis both forward to the target and back to the cathode region are considered. The operating modes of the gun are obtained, in which the particle experiences the “bottleneck” effect and returns to the cathode region. It is shown that for given electron energy and fixed magnetic field, the parameter that determines the reflection of the particle is the polar angle of entry with respect to the axis of the cylindrical magnetic field. The results of numerical simulation on the motion of the electron flow are presented.Розглянуто рух електронів у циліндричному магнітному полі зі змінною напруженістю вздовж осі. Вивчено формування пучка з енергією 55 кеВ у поздовжньому напрямку при його транспортуванні в соленоїдальному магнітному полі з великим градієнтом. Розглянуто біфуркаційні режими динаміки часток при їх русі вздовж осі транспортування як вперед на мішень, так і назад у прикатодну область. Отримано режими роботи гармати, при яких частка відчуває ефект «пляшкового горла» і повертається в прикатодну область. Показано, що при заданій енергії електрона і фіксованому магнітному полі параметром, що визначає відображення частки, є полярний кут вльоту відносно осі циліндричного магнітного поля. Наводяться результати чисельного моделювання за рухом електронного потоку.Рассмотрено движение электронов в цилиндрическом магнитном поле с переменной напряженностью вдоль оси. Изучено формирование пучка с энергией 55 кэВ в продольном направлении при его транспортировке в соленоидальном магнитном поле с большим градиентом. Рассмотрены бифуркационные режимы динамики частиц при их движении вдоль оси транспортировки как вперед на мишень, так и назад в прикатодную область. Получены режимы работы пушки, при которых частица испытывает эффект «бутылочного горлышка» и возвращается в прикатодную область. Показано, что при заданной энергии электрона и фиксированном магнитном поле параметром, определяющим отражение частицы, является полярный угол влета относительно оси цилиндрического магнитного поля. Приводятся результаты численного моделирования по движению электронного потока

Electron beam dynamics at output magnetron gun in gradient magnetic field

The results of numerical calculations based on the electron beam dynamics generated by a magnetron gun in the transport channel in a gradient magnetic field are presented. The dependence of the final transverse distribution on a target on the amplitude and gradient of the magnetic field was investigated. The possibility of controlling the transverse dimensions of the beam has been studied. It was found that the electron flux undergoes radial compression, the magnitude of which is determined by the form of the gradient magnetic field. The main dependences of the electron beam motion in a given magnetic field are modeled. The possibility of adjusting the beam diameter by varying the magnetic field is shown.Представлено результати чисельних розрахунків по формуванню електронного пучка магнетронною гарматою з вторинно-емісійним катодом. Вивчено формування пучка в радіальному напрямку його при транспортуванні в магнітному полі соленоїда. Досліджено залежність підсумкового радіального розподілу на мішені від амплітуди і градієнта магнітного поля уздовж осі системи. Видно, що потік електронів відчуває радіальне стиснення, величина якого визначається видом градієнтного магнітного поля. На основі моделі руху електронного потоку розглянуті характеристики результуючого електронного пучка.Представлены результаты численных расчетов по формированию электронного пучка магнетронной пушкой с вторично-эмиссионным катодом. Изучено формирование пучка в радиальном направлении при движении в магнитном поле соленоида. Исследована зависимость итогового радиального распределения на мишени от амплитуды и градиента магнитного поля вдоль оси системы. Видно, что поток электронов испытывает радиальное сжатие, величина которого определяется видом градиентного магнитного поля. На основе модели движения электронного потока рассмотрены характеристики результирующего электронного пучка

Development of a pulse solenoid of magnetic field amplitude up to 0.5 T and a pulse sinusoidal current generator for its power supply

The magnetic system of the installation to control the transverse dimensions of an electron beam formed by a magnetron gun with a secondary emission cathode was updated. An additional solenoid with pulsed power supply located in a vacuum chamber at a distance of 0.05…0.1 m from the gun’s edge will be used in experiments. The solenoid design was selected and calculated. Possibility of a magnetic field generation of amplitude of up to 0.5 T at amplitude of the pulse current of ~ 1.5 kA, was demonstrated. The field has a uniform area at the level of ± 5% over the length of ~ 0.2 m.Проведено модернізацію магнітної системи установки для управління поперечними розмірами електронного пучка, формованого магнетронною гарматою з вторинно-емісійним катодом. У дослідженнях буде використано додатковий соленоїд з імпульсним живленням, що розташований у вакуумній камері на відстані 0,05…0,1 м від зрізу гармати. Проведено вибір і розрахунок конструкції соленоїда. Показана можливість отримання магнітного поля з амплітудою до 0,5 Тл, при амплітуді імпульсного струму ~ 1,5 кА. Поле має однорідну частину на рівні ± 5% на довжині ~ 0,2 м.Проведена модернизация магнитной системы установки для управления поперечными размерами электронного пучка, формируемого магнетронной пушкой с вторично-эмиссионным катодом. В экспериментах будет использован дополнительный соленоид с импульсным питанием, расположенный в вакуумной камере на расстоянии 0,05…0,1 м от среза пушки. Проведен выбор и расчет конструкции соленоида. Показана возможность получения магнитного поля с амплитудой до 0,5 Тл, при амплитуде импульсного тока ~ 1,5 кА. Поле имеет однородную часть на уровне ± 5% на длине ~ 0,2 м

High-voltage nanosecond pulse generator for magnetron gun triggering

A small-sized nanosecond generator was developed to trigger a magnetron gun. A voltage pulse of amplitude up to 20 kV is applied to anode for gun triggering. Rise and fall fronts of high-voltage pulse are 20 and 70 ns consequently. Thyratron TGI1-500/16 with a low-inductive storage capacitance was used as a switch. The capacitance is discharged to the cable transformer (input wave impedance 25 Ohm, transformation ratio n = 2) operating at a load of 500 Ohm (the capacitance of the magnetron gun anode to ground is 40 pF). Using this resistance transformer on RF cables makes it possible to change rapidly the polarity of the trigger pulse.Розроблено малогабаритний наносекундний генератор для запуску магнетронної гармати. Імпульс напруги амплітудою до 20 кВ для запуску гармати подається на її анод. Фронти наростання і спаду високовольтного імпульсу становлять 20 і 70 нс. В якості комутатора використано тиратрон ТГІ1-500/16 з малоіндуктивною накопичувальною ємністю. Розряд ємності здійснюється на кабельний трансформатор (вхідний хвильовий опір 25 Ом, коефіцієнт трансформації n = 2), що працює на навантаження 500 Ом (ємність анода магнетронної гармати на землю 40 пФ). Використання даного трансформатора опорів на радіочастотних кабелях дає можливість оперативно змінювати полярність запускаючого імпульсу.Разработан малогабаритный наносекундный генератор для запуска магнетронной пушки. Импульс напряжения амплитудой до 20 кВ для запуска пушки подаётся на её анод. Фронты нарастания и спада высоковольтного импульса составляют 20 и 70 нс. В качестве коммутатора использован тиратрон ТГИ1-500/16 с малоиндуктивной накопительной ёмкостью. Разряд ёмкости осуществляется на кабельный трансформатор (входное волновое сопротивление 25 Ом, коэффициент трансформации n=2), работающий на нагрузку 500 Ом (ёмкость анода магнетронной пушки на землю 40 пФ). Использование данного трансформатора сопротивлений на радиочастотных кабелях дает возможность оперативно изменять полярность запускающего импульса

Investigation of electron beam transport in a magnetron gun with a secondary-emission cathode

Results are reported from the studies of electron beam generation in the magnetron gun and beam transport over distances of 3 and 40 mm. The studies have demonstrated that the beam current and the beam dimensions remain unchanged with the beam transport over a distance of 40 mm from the gun in the increasing magnetic field, the latter being 10 to 15% higher at the Faraday cup than at the cathode.Приведены результаты исследования генерации и транспортировки электронных пучков магнетронной пушки на расстояние 3 и 40 мм. Исследования показали, что ток пучка и его размеры не изменяются при транспортировке пучка на расстояние 40 мм от пушки в нарастающем магнитном поле, которое на цилиндре Фарадея больше поля на катоде на 10…15%.Приведені результати дослідження генерації та транспортування електронних пучків магнетронної гармати на відстань 3 і 40 мм. Дослідження показали, що струм пучка та його розміри не змінюються при транспортуванні пучка на відстань 40 мм від гармати в наростаючому магнітному полі, яке на циліндрі Фарадея більше поля на катоді на 10…15%

Longitudinal-radial motion of an electron beam in the solenoidal field of the secundary-emission magnetron gun

The results of experimental studies and numerical calculations on the generation of an electron beam by a magnetron gun with a secondary-emission cathode are presented. With the aim of obtaining precision characteristics, the formation of a beam in the axial and radial directions was studied when transporting a solenoid in a magnetic field at energy of 55 keV. The dependence of the total vertical distribution on the inner wall of the cylindrical target and the Faraday cylinder on the distribution of the magnetic field along the axis of the system is studied. The results of nu-merical simulation on the motion of a tubular electron beam are given. It is shown that the obtained results of the simulation are consistent with experimental data. It is also shown that the electron flux falls on a vertical section, the length of which does not exceed 1 mm. The possibility of adjusting the location of a beam hit on a vertical wall is studied numerically with a variation in the amplitude of the control magnetic field.Представлено результати експериментальних досліджень і чисельних розрахунків по генерації електронного пучка магнетронною гарматою з вторинно-емісійним катодом. Вивчено формування пучка в осьовому і радіальному напрямках при транспортуванні в магнітному полі соленоїда при енергії 55 кеВ. Вивчено залежність підсумкового вертикального розподілу на внутрішній стінці циліндричної мішені і циліндрі Фарадея від розподілу магнітного поля уздовж осі системи. Показано, що отримані результати моделювання узгоджуються з даними експерименту. Показано також, що потік електронів потрапляє на вертикальну ділянку, довжина якої не перевищує 1 мм. Чисельно вивчена можливість регулювання місця попадання пучка на вертикальну стінку при варіації амплітуди керуючого магнітного поля.Представлены результаты экспериментальных исследований и численных расчетов по генерации электронного пучка магнетронной пушкой с вторично-эмиссионным катодом. Изучено формирование пучка в осевом и радиальном направлениях при транспортировке в магнитном поле соленоида при энергии 55 кэВ. Исследована зависимость итогового вертикального распределения на внутренней стенке цилиндрической мишени и цилиндре Фарадея от распределения магнитного поля вдоль оси системы. Показано, что полученные результаты моделирования согласуются с данными эксперимента. Показано также, что поток электронов попадает на вертикальный участок, длина которого не превышает 1 мм. Численно изучена возможность регулировки места попадания пучка на вертикальную стенку при вариации амплитуды управляющего магнитного поля

Voltage pulse formation for energizing the magnetron gun with a secondary-emission cathode

Various techniques have been investigated for forming a high-voltage pulse to energize magnetron guns with secondary-emission cathodes. To generate a powerful beam, it was necessary that the storage element in the modulator should have a low wave impedance. A capacitor and a low-impedance forming line were used as a storage element. The flat part of the pulse was formed by means of different correction circuits. The influence of correction circuit elements on the pulse form has been investigated. Consideration has been given to the circuits of spike control by means of the driving generator, and also, by including the correction circuits in the discharge circuit. Spike formation through the use of pulse-transformer parasitic parameters was also considered. The undertaken studies have demonstrated the possibility of creating a modulator for energizing the accelerator with electron energy up to 150 keV.Исследованы различные возможности формирования высоковольтного импульса напряжения для питания магнетронных пушек с вторично-эмиссионными катодами. Для получения мощного пучка необходимо, чтобы накопительный элемент в модуляторе имел малое волновое сопротивление. В качестве накопительного элемента использовались конденсатор и низкоомная формирующая линия. Плоскую часть импульса формировали при помощи различных корректирующих цепочек. Рассмотрено влияние элементов корректирующих цепочек на форму импульса. Рассмотрены схемы регулировки выброса при помощи затравочного генератора и при включении цепей коррекции в разрядный контур, а также формирование выброса за счет паразитных параметров импульсного трансформатора. Проведенные исследования показали возможность создания модулятора для питания ускорителя с энергией электронов до 150 кэВ.Досліджені різні можливості формування високовольтного імпульсу напруги для живлення магнетронних гармат з вторинно-емісійними катодами. Для здобуття потужного пучка необхідно, щоб накопичувальний елемент у модуляторі мав малий хвильовий опір. В якості накопичувального елемента використовувалися конденсатор або низькоомна формуюча лінія. Плоску частину імпульсу формували за допомогою різних корегуючих ланцюгів. Розглянуто вплив елементів корегуючих ланцюгів на форму імпульсу. Розглянуто схеми регулювання викиду напруги за допомогою затравочного генератора та при включенні ланцюгів корекції у розрядний контур, а також за рахунок паразитних параметрів імпульсного трансформатора. Проведені дослідження показали можливість створення модулятора для живлення прискорювачів з енергією електронів до 150 кеВ

Studying the modes of electron beam generation in a magnetron gun with a secondary-emission cathode

Modes of electron beam generation and parameters were investigated using a magnetron injection gun with a secondary-emission cathode depending on the magnetic field value and distribution. For the first time it has been shown that the electron current direction in such source can be varied from axial (along the magnetic field direction) to the radial one (across the magnetic field direction) by controlling the amplitude and magnetic field distribution with retention of secondary emission processes on the cathode.Проведено исследование различных режимов генерации и параметров электронных пучков в магнетронной пушке с холодным металлическим вторично-эмиссионным катодом в зависимости от величины и распределения магнитного поля. Впервые показано, что в таком источнике можно осуществлять изменение направления электронного тока от осевого (вдоль направления магнитного поля) к радиальному (поперек направления магнитного поля), регулируя амплитуду и распределение продольного магнитного поля при сохранении вторично-эмиссионных процессов на катоде.Проведено дослідження різних режимів генерації та параметрів електронних пучків у магнетронній гарматі з холодним металевим вторинно-емісійним катодом в залежності від розподілу магнітного поля. Вперше показано, що в такому джерелі можна отримати зміну напряму електронного струму від осьового (вздовж магнітного поля) до радіального (поперек магнітного поля), змінюючи амплітуду та розподіл магнітного поля при збереженні вторинно-емісійних процесів на катоді

Improvement of the elk domestication technology at Sumarokovsky State Nature Reserve

The paper discusses the technology of elk domestication and measures for its improvement at Sumarokovsky state nature reserve, the largest world center for the domestication of elks, as well as an environmental, research, cultural and educational institution. The article contains the data on ethological observations, the evolution of elk behavior in the conditions of ecological tourism, on elk keeping and on the conditions of the food base, on technological processes and suggests possible ways to correct them. It has the description of the organizational structure of the reserve, of the forestlands around and of their forage capacity; gives information about the vegetation composition, the mode of keeping and feeding elks. The reserve, due to its presence in a specially protected area, experiences significant restrictions on forest use on its territory, which leads to a deterioration and decrease in the area and quality of forage land for domesticated elks. The article shows the necessity of improving the regulatory framework as well as of the development and implementation of biotechnological measures to preserve and increase the forage capacity of frestland. It also shows that the technological chain of domestication makes it possible to get a controlled, stress-resistant, calm, friendly and safe animal, to carry out the selection period for the formation of dairy herds earlier, to obtain unique milk with both high nutritional and medicinal properties. Considering the fact that the largest number of domesticated elks in the world is concentrated in the reserve, the technology there is unique. Because of the potential danger of an elk as a source of human infection with various pathogens, the veterinary service requires intensification. It includes monitoring, development of treatment methods, drug application, prevention and control measures for diseases, provision of normative documents, etc. A change in the elk domestication technology under the increasing role of ecological tourism has led to the formation of a new economical type of a reserve, which combines elements of a stationary-exit, multidisciplinary and enclosure types