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

On lengthening the voltage pulse duration of a linear modulator

Experiments were made to investigate the operation of the modulator in combination with the storage capacitor, using the nonlinear properties of the core material of the pulse transformer for the formation of long pulses. Studies were made on the parameters of voltage pulses at the secondary winding of the pulse step-up transformer. We have considered the influence of the PT core demagnetization current and voltage on the shape of the output signal.Проведены эксперименты по исследованию работы модулятора с накопительной емкостью, с целью использования нелинейных свойств материала сердечника импульсного трансформатора для формирования импульсов большой длительности. Изучались параметры импульсов напряжения на вторичной обмотке импульсного трансформатора. Рассмотрено влияние тока размагничивания сердечника импульсного трансформатора и напряжения на форму выходного сигнала.Проведені експерименти по дослідженню роботи модулятора з накопичуваною ємністю, з метою використовування нелінійних властивостей матеріалу осердя імпульсного трансформатора задля формування імпульсів великої довжини. Вивчалися параметри імпульсів напруження на вторинній обмотці імпульсного трансформатора. Розглянуто вплив струму розмагнічування та напруги на форму вихідного імпульсу

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

Parameters of electron beam generated by RF gun with ferroelectric cathode

RF guns with thermoemission and photoemission cathodes generate an electron beam pulse current and current pulse duration of 10⁻¹…10³ A and 10⁻⁶…10⁻¹² s, respectively. It is proposed to apply a ferroelectric cathode in RF gun. S-band RF gun with the cathode has been researched experimentally. Maximum beam pulse current is 9 A with current pulse duration of 40…90 ns and particle energy of 500 keV.ВЧ-пушки с термо- и фотоэмиссионными катодами генерируют электронные пучки с импульсным током 10⁻¹…10³ A и длительностью импульса 10⁻⁶…10⁻¹² с. Предлагается применение в ВЧ-пушке ферроэлектрического катода. ВЧ-пушка S-диапазона с таким катодом была исследована экспериментально. Максимальный импульсный ток пучка составляет 9 А при длительности импульса 40…90 нс и энергии частиц 500 кэВ.ВЧ-гармати з термо- та фотоемісійними катодами генерують електронні пучки з імпульсним струмом 10⁻¹…10³ A і тривалістю імпульсу 10⁻⁶…10⁻¹² с. Пропонується застосування у ВЧ-гарматі фероелектричного катода. ВЧ-гармата S-діапазону з таким катодом була досліджена експериментально. Максимальний імпульсний струм пучка складає 9 А при тривалості імпульсу 40…90 нс та енергії частинок 500 кеВ

Formation of the electron beamin a secondaryemission magnetron gun its starting by anodulum high-voltage pulse

The results of a study on the formation of an electron beam by a magnetron gun with a secondary-emission cathode (cathode diameter 36 mm, an anode 78 mm) in the voltage range 25...90 kV are presented. The secondaryemission process in the gun is triggered by a voltage pulse with an amplitude of up to 16 kV applied to its anode. The generation of an electron beam is investigated as a function of the voltage of the incoming pulse. The dependence of the onset of electron beam generation on the beginning of the decay of the triggering pulse with its positive and negative polarity is studied. The dependence of the formation of the electron beam on the time of the secondary emission on the flat part of the voltage pulse was investigated.Представлені результати дослідження щодо формування електронного пучка магнетронною гарматою з вторинноемісійним катодом (діаметр катода 36 мм, анода 78 мм) у діапазоні напруг 25...90 кВ. Запуск вторинно-емісійного процесу в гарматі здійснюється імпульсом напруги амплітудою до 16 кВ, що подається на її анод. Проведено дослідження генерації електронного пучка в залежності від напруги запускаючого імпульсу. Досліджена залежність початку генерації електронного пучка від початку спаду запускаючого імпульсу при його позитивній і негативній полярностях. Досліджена залежність формування електронного пучка від часу подачі імпульсу запуску вторинної емісії на плоску частину імпульсу напруги.Представлены результаты исследования по формированию электронного пучка магнетронной пушкой с вторичноэмиссионным катодом (диаметр катода 36 мм, анода 78 мм) в диапазоне напряжений 25..90 кВ. Запуск вторичноэмиссионного процесса в пушке осуществляется импульсом напряжения амплитудой до 16 кВ, подаваемым на её анод. Проведено исследование генерации электронного пучка в зависимости от напряжения запускающего импульса. Исследована зависимость начала генерации электронного пучка от начала спада запускающего импульса при его положительной и отрицательной полярностях. Исследована зависимость формирования электронного пучка от времени подачи импульса запуска вторичной эмиссии на плоскую часть импульса напряжения

Procedure of nanodimensional amorphous-microcrystalline structure formation by radiation in single crystal silicon

Quantum structures with enhanced electric conductivity have been formed in a single-crystal silicon matrix. An array of quantum filaments improves the collection of low-mobility charge carriers in the emitter structure of the c−Si(p, n) photoconverter. Experimental results of applying radiation technologies for creation of that sort of structures are presented.Сформованi в монокристалiчнiй матрицi кремнiю квантовi структури з пiдвищеною питомою електричною провiднiстю. Масив квантових ниток покращує виведення носiїв заряду з малою рухливiстю з об’єму емiтерної структури c−Si(p, n) -фотопреобразователя. Приведено експериментальнi результати застосування радiацiйних технологiй для створення таких структур.Сформированы в монокристаллической матрице кремния квантовые структуры с повышенной удельной электрической проводимостью. Массив квантовых нитей улучшает выведение носителей заряда с малой подвижностью из объема эмиттерной структуры c − Si(p, n)-фотопреобразователя. Приведены экспериментальные результаты применения радиационных технологий для создания таких структур

The electron accelerator for technological purposes with a secondary-emission electron source as the basis

Results are reported from the studies on the electron beam parameters of the accelerator based on a secondary emission source. The accelerator forms the electron beam with an electron energy of up to 100 keV, a current up to 110 A, a pulse duration between 10 and 20 μs with a repetition rate of 3 to 5 Hz, the power density on the target surface being ~ 2 MW/cm². Targets from various materials were exposed to radiation.Приведені результати дослідження параметрів електронного пучка прискорювача на основі вторинно-еміссійного джерела. Прискорювач формує електронний пучок з енергіею електронів до 100 кеВ, струмом до 110 A, тривалисттю імпульса 10…20 мкс с частотою слідування 3…5 Гц, щільністю потужності на мішені 2 МВт/см². Проведено опромінення мішеней з різних матеріалів.Приведены результаты исследования параметров электронного пучка ускорителя на основе вторично-эмиссионного источника. Ускоритель формирует электронный пучок с энергией электронов до 100 кэВ, длительностью импульса 10…20 мкс с частотой следования 3…5 Гц и плотностью мощности на мишени 2 МВт/см². Проведено облучение мишеней из различных материалов

Stabilization of nano-sized structures in the volume of single-crystalline silicon for photoconverters

The paper considers the possibilities of stabilization of microstructures created in the latent tracks in single-crystalline silicon by multicharged ions from the nuclear fragments formed as a result of heavy element photofission in the process of hydrogenating. The presence of hydrogen in the amorphous silicon structures leads to the clustering of vacancies, intrinsic interstitial and impurity atoms. For quantum structures, passivated with hydrogen atoms, the annihilation process is slowed down. In the process of annealing the silicon structures the strong (Si − H)n-bonds prevent the defect annihilation and thus stimulate the processes of precipitation and clusterization. Hydrogen, filling the irradiation-broken bonds, neutralizes their electrical activity. Optimal conditions for stabilisation of such structures are determined: irradiation doses, methods of hydrogenation and dissociation of H2, annealing parameters.Розглядаються можливостi стабiлiзацiї мiкроструктур, створюваних в прихованих треках в монокристалiчному кремнiї багатозарядними iонами з осколкiв ядер важких елементiв при їх фотодiленнi, в процесi гiдрування. Присутнiсть водню в аморфних структурах кремнiю приводить до кластеризацiї вакансiй, власних мiжвузельних i домiшкових атомiв. Для квантових структур, пасивованих атомами водню, процес анiгiляцiї загальмований. При вiдпалi кремнiєвих структур мiцнi (Si − H)n-зв’язки перешкоджають анiгiляцiї дефектiв i тим самим стимулюють процеси преципiтацiї i кластеризацiї. Водень, заповнюючи обiрванi в результатi опромiнювання зв’язки, нейтралiзує їх електричну активнiсть. Визначено оптимальнi умови створення таких структур: дози опромiнювання, методи гiдрування та дисоцiацiї H2, режими вiдпалу.Рассматриваются возможности стабилизации микроструктур, создаваемых в скрытых треках в моно-кристаллическом кремнии многозарядными ионами из осколков ядер тяжелых элементов при их фото- делении, в процессе гидрирования. Присутствие водорода в аморфных структурах кремния приводит к кластеризации вакансий, собственных межузельных и примесных атомов. Для квантовых структур, пассивированных атомами водорода, процесс аннигиляции заторможен. При отжиге кремниевых структур прочные (Si − H)n-связи препятствуют аннигиляции дефектов и тем самым стимулируют процессы преципитации и кластеризации. Водород, заполняя оборванные в результате облучения связи, нейтрализует их электрическую активность. Определены оптимальные условия создания таких структур: дозы облучения, методы гидрирования и диссоциации H2, режимы отжига

Multichannel system for research of secondary emission pulse electron beam generation

To carry out crossed-field secondary emission electron sources scientific-research developments we have designed and manufactured a 12-channel information measuring system. A hardware complex of the multichannel pulse-signal recording system is built up from a personal computer, crate CAMAC with modules, an interface unit and a synchronization system. The software of information measuring system operates in the Windows environment.Для дослідження вторинно-емісійних електронних гармат зі схрещеними полями нами була розроблена і виготовлена 12-ти канальна інформаційно-вимірювальна система (ІВС). Програмно-технічний комплексмногоканальной системи реєстрації імпульсних сигналів складається з персонального комп'ютера, крейта КАМАК з модулями, блоку сполучення і системи синхронізації. Програмне забезпечення ІВС працює в середовищі Windows.Для исследования вторично-эмиссионных электронных пушек со скрещенными полями нами была разработана и изготовлена 12-ти канальная информационно-измерительная система (ИИС). Программно-технический комплекс многоканальной системы регистрации импульсных сигналов состоит из персонального компьютера, крейта КАМАК с модулями, блока сопряжения и системы синхронизации. Программное обеспечение ИИС работает в среде Windows