Experimental complex for investigation of construction materials on the helium ions linear accelerator

The paper describes the experimental complex for the helium ions linear accelerator consisting of an irradiation chamber, sensors, analog signal converters (ADC) and a computer with a program for processing experimental data and then outputting it to a display. The complex is intended for carrying out experimental works on the study of the physical properties of structural materials used in nuclear power plants and nuclear fusion reactors. The complex was tested under the irradiation of titanium dioxide (TiO₂) with helium ions energies of 0.12 and 4 MeV. The experimental data of the TiO₂ electrophysical characteristics are presented, which confirm the expediency of using the complex to study the properties of materials used in high-power radiation fields.Наведено опис експериментального комплексу лінійного прискорювача іонів гелію, що складається з камери опромінення, датчиків, конвертерів сигналів (АЦП) і ЕОМ з програмою обробки експериментальних даних з подальшим відображенням їх на дисплеї. Комплекс призначений для проведення експериментальних робіт з вивчення фізичних властивостей конструкційних матеріалів, що застосовуються на АЕС і ТЯР. Проведено тестування комплексу при опроміненні двоокису титану (TiO₂) іонами гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ. Наведено експериментальні дані електрофізичних характеристик TiO₂, що підтверджують доцільність використання комплексу для вивчення властивостей матеріалів, що застосовуються в умовах потужних радіаційних полів.Приведено описание экспериментального комплекса линейного ускорителя ионов гелия, который состоит из камеры облучения, датчиков, конвертеров сигналов (АЦП) и ЭВМ с программой обработки экспериментальных данных с последующим отображением их на дисплее. Комплекс предназначен для проведения экспериментальных работ по изучению физических свойств конструкционных материалов, применяемых на АЭС и ТЯР. Проведено тестирование комплекса при облучении двуокиси титана (TiO₂) ионами гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ. Приведены экспериментальные данные электрофизических характеристик TiO₂, подтверждающие целесообразность использования комплекса для изучения свойств материалов, применяемых в условиях мощных радиационных полей

Impact of microwave pulses of ultrashort duration on a personal computer

Procedure of the tests for electromagnetic compatibility and strength (EMSS) of a personal computer (PC) to microwave ultrashort duration pulse (USP) and analysis of the results are described. 3D simulation of the MW USP interaction with the test objects considering the configuration of the test area and screening effect of metal components estimates the level of electromagnetic field inside the PC case. Numerically and experimentally is shown that the MW field penetrating into the metal PC case through technological holes can induce the USP potentials in the PC circuitry sufficient to create functional upsets and degradations.Описуються підготовка та аналіз результатів тестів на електромагнітну сумісність та стійкість персонального комп’ютера до дії імпульсних НВЧ-електромагнітних полів надкороткої тривалості. Застосовано чисельне моделювання опромінення тестованих об’єктів з урахуванням конфігурації тестового простору, що дозволяє визначити рівень електромагнітних полів усередині корпусу ПК. За допомогою розрахунків та експериментально показано, що імпульсні НВЧ-поля досить легко проникають у металеві корпуси ПК через технологічні отвори. При цьому, поблизу чутливих ланцюгів ПК вони можуть збуджувати потенціали надкороткої тривалості з амплітудами, що достатні для створення функціональних збоїв та деградаційних ефектів.Описываются подготовка и анализ результатов тестов на электромагнитную совместимость и стойкость персонального компьютера к воздействию импульсных СВЧ-электромагнитных полей сверхкороткой длительности. Применено численное моделирование облучения тестируемых объектов с учетом конфигурации тестового пространства, позволяющее определить уровень воздействующих электромагнитных полей внутри корпуса ПК. С помощью расчетов и экспериментально показано, что импульсные СВЧ-поля достаточно легко проникают в металлические корпуса ПК через технологические отверстия. При этом, в областях чувствительных цепей ПК они могут возбуждать уровни воздействующих потенциалов сверхкороткой длительности, достаточные для создания функциональных сбоев и деградационных эффектов

Magnetic field dynamics in plasma opening switch

Computer simulations for magnetic field penetration into plasma of plasma opening switch (POS), and current loop formation in it are presented for various initial plasma densities, currents, and POS geometries. It is shown that the current loop dynamics in the POS is determined by the fast magnetic field penetration in plasma due to the Hall effect. The strong dependence of the current loop longitudinal velocity on the transverse coordinate, together with the influence of the boundary conditions at the POS cathode and anode, lead to the formation of the narrow S-shaped current loop even in a homogeneous plasma. It is shown that the control parameters influencing the dynamics of the magnetic field and the motion of the current loop in the POS are the initial plasma density, driving current and cathode radius. The POS resistance is calculated for wide range of initial plasma densities, currents, and cathode radiuses. It is shown, that POS resistance is proportional to the total current, inversely proportional to plasma density, and is in the range 10⁻³…1 Ω for plasma densities 10¹²…10¹⁵ cm⁻³.Комп'ютерні моделювання проникнення магнітного поля у плазму плазмового комутатора струму (ПКС) і формування у ній струмової петлі представлені для різних початкових густин плазми, повних струмів і геометрій ПКC. Показано, що динаміка струмової петлі у ПКС визначається швидким проникненням магнітного поля у плазму за рахунок ефекту Холла. Сильна залежність поздовжньої швидкості струмової петлі від поперечної координати, а також вплив граничних умов на катоді і аноді ПКC призводять до утворення вузької S-образної струмової петлі в однорідній плазмі. Показано, що керуючими параметрами, що впливають на динаміку магнітного поля і рух струмової петлі у ПКC, є початкова густина плазми, повний струм і радіус катода. Опір ПКC розраховано для широкого діапазону початкових густин плазми, повних струмів і радіусів катода. Показано, що опір ПКC пропорційний повному струму, обернено пропорційний густині плазми і знаходиться у діапазоні 10⁻³…1 Ом для густин плазми 10¹²…10¹⁵ см⁻³.Компьютерные моделирования проникновения магнитного поля в плазму плазменного коммутатора тока (ПКТ) и формирования в ней токовой петли представлены для различных начальных плотностей плазмы, полных токов и геометрий ПКТ. Показано, что динамика токовой петли в ПКТ определяется быстрым проникновением в плазму магнитного поля за счет эффекта Холла. Сильная зависимость продольной скорости токовой петли от поперечной координаты, а также влияние граничных условий на катоде и аноде ПКТ приводят к образованию узкой S-образной токовой петли в однородной плазме. Показано, что управляющими параметрами, влияющими на динамику магнитного поля и движение токовой петли в ПКТ, являются начальная плотность плазмы, полный ток и радиус катода.Сопротивление ПКТ рассчитано для широкого диапазона начальных плотностей плазмы, полных токов и радиусов катода. Показано, что сопротивление ПКТ пропорционально полному току, обратно пропорционально плотности плазмы и находится в диапазоне 10⁻³…1 Ом для плотностей плазмы 10¹²…10¹⁵ cm⁻³

Special traits of the millimeter wave relativistic magnetron

A 8 mm band relativistic magnetron is investigated experimentally and by means of numerical simulation. The physical effects are analyzed which influence negatively the r.f. generation. The processes capable of reducing effectiveness of the generation and duration of the generated pulse include forward and backward axial flows of electrons, and intense electric fields – the generated microwaves and the fields owing to the space charge.Экспериментально и методами численного моделирования проведено исследование релятивистского магнетрона 8-миллиметрового диапазона и анализ факторов, оказывающих негативное действие на генерацию. Отмечается, что к процессам, уменьшающим эффективность и длительность импульса генерации, относятся прямые и обратные осевые потоки электронов, интенсивные собственные ВЧ-поля и поля объемного заряда.Експериментально й методами чисельного моделювання досліджено релятивістський магнетрон діапазону 8 мм та проведено аналіз факторів, що негативно впливають на генерацію. Визначено, що до процесів, котрі зменшують ефективність та тривалість імпульсу генерації, відносяться прямі та зворотні осьові потоки електронів, інтенсивні власні ВЧ-поля і поля об’ємного заряду

Beam and target parameters measurement system on helium ions linear accelerator

A system for measuring beam and target parameters on helium ions linear accelerator is presented. The measurement system consists of sensors set, signal converters and computer with codes for processing experimental data. The measurement system is designed for recording, visualizing, storing and processing data directly when samples are irradiated with helium ions with energies of 0.12…4 MeV. The sample temperature, the ion beam current and its shape, the sample tilt angle to the beam axis, the irradiation dose, the ionization, damage and helium range profiles are measured/calculated.Наведено опис системи вимірювання параметрів пучка і мішені на лінійному прискорювачі іонів гелію. Система вимірювань складається з набору датчиків, конвертерів сигналів і ЕОМ з програмою обробки експериментальних даних. Система вимірювань призначена для реєстрації, візуалізації, збереження і обробки даних безпосередньо при опроміненні зразків іонами гелію з енергіями 0,12…4 МеВ. Вимірюються/обчислюються: температура зразка, струм і форма струму пучка іонів на зразку, кут нахилу зразка до осі пучка, доза опромінення, профілі іонізації, пошкоджуваності і залягання гелію в зразку.Приведено описание системы измерения параметров пучка и мишени на линейном ускорителе ионов гелия. Система измерений состоит из набора датчиков, конвертеров сигналов и ЭВМ с программой обработки экспериментальных данных. Система измерений предназначена для регистрации, визуализации, сохранения и обработки данных непосредственно при облучении образцов ионами гелия с энергиями 0,12…4 МэВ. Измеряются/вычисляются: температура образца, ток и форма тока пучка ионов на образце, угол наклона образца к оси пучка, доза облучения, профили ионизации, повреждаемости и залегания гелия в образце

Power supply system for the helium ions linac’s injector

This paper presents compact power supply system for the helium ion linac’s injector. The system consists of high-voltage modulator, power supplies of cathode filament, solenoid and arc modulator. It is designed on modern semi-conductor base. Using of the designed power supply system allowed to decrease the power consumption and to get rid of spurious capacitances and pickups. As a result of improving the continuous adjustment modulator and high-voltage pulse stabilization scheme, the accelerated beam current has increased twice.Наведено опис малогабаритної системи живлення інжектора лінійного прискорювача іонів гелію, яка складається з високовольтного модулятора, блоків живлення накалу катода, соленоїда та модулятора дуги. Система виконана з використанням сучасної напівпровідникової елементної бази. Застосування розробленої системи живлення дозволило суттєво знизити енерговитрати, позбавитися паразитних ємностей та наведень. У результаті впровадження схеми стабілізації імпульсу високої напруги струм прискореного пучка збільшився в 2 рази.Приведены принципы построения и описание малогабаритной системы питания инжектора линейного ускорителя ионов гелия, состоящей из высоковольтного модулятора, блоков питания накала катода, соленоида и модулятора дуги, выполненных на современной полупроводниковой элементной базе. Применение разработанной системы питания позволило существенно снизить энергозатраты, избавиться от паразитных емкостей и наводок. Стабилизация амплитуды импульса высокого напряжения позволила увеличить ток ускоренного пучка в 2 раза

High-voltage modulator of the Linac injector with voltage pulse stabilization

The high-voltage pulse modulator based on the modern semiconductor elements is described. The modulator is intended for use in the power supply system of LINAC helium ions injector and has the ability to smoothly adjust the amplitude (110…150 kV) and the pulse duration (0.5…1 ms). The use of a pulse-to-peak stabilization scheme, made on the basis of a parametric stabilizer with parallel switching of the load, made it possible to increase the accelerated current at the accelerator output by 2 times.Описано високовольтний імпульсний модулятор, виконаний на сучасній напівпровідниковій елементній базі. Модулятор призначений для використання в системі живлення інжектора лінійного прискорювача іонів гелію. Модулятор дозволяє плавно регулювати амплітуду (110…150 кВ) і тривалість імпульсу (0,5…1 мс) напруги. Використання схеми стабілізації імпульсу напруги, виконаної на основі параметричного стабілізатора з паралельним перемиканням навантаження, дозволило збільшити прискорений струм пучка на виході прискорювача в 2 рази.Описан высоковольтный импульсный модулятор, выполненный на современной полупроводниковой элементной базе. Модулятор предназначен для использования в системе питания инжектора линейного ускорителя ионов гелия. Модулятор позволяет плавно регулировать амплитуду (110…150 кВ) и длительность импульса (0,5…1 мс) напряжения. Использование схемы стабилизации импульса напряжения, выполненной на основе параметрического стабилизатора с параллельным переключением нагрузки, позволило увеличить ускоренный ток пучка на выходе ускорителя в 2 раза