Пристрій для дії на матеріальні об’єкти електромагнітним випромінюванням

Реферат: Пристрій для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням включає трубчастий корпус, НВЧ-генератор, прискорювач електронів, що має катод і анод, а також сферичний відбивач з внутрішньою дзеркальною поверхнею. Він забезпечений послідовно встановленим по осі металевого корпуса циліндричним резонатором і концентратором електромагнітної енергії, при цьому в вакуумованому циліндричному резонаторі розміщені НВЧгенератор, з'єднаний з прискорювачем електронів у вигляді електронної гармати, навпроти катода якої розміщена прольотна труба з розміщеною навколо неї магнітною системою, а в торці труби встановлено анод-мішень, вбудований в пристрій введення електронного пучка в накопичувач електронів, охоплений зовні системою магнітів. UA 118547 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ДІЇ НА МАТЕРІАЛЬНІ ОБ'ЄКТИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИМ ВИПРОМІНЮВАННЯМ UA 118547 U UA 118547 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки генерації електромагнітних імпульсів. Пристрої для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням становлять значний інтерес для науки і техніки. Особливий інтерес викликають пристрої такого типу, які мають, поруч із високою потужністю, - компактність, високу надійність і автономність. Такі пристрої можна використовувати в матеріалознавстві, зокрема для вивчення механізмів руйнування суцільних, тріщинуватих і багатошарових середовищ. Відомий пристрій для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням, що містить протяжний електрод і джерело живлення, а також додатковий електрод, виконаний у вигляді сітки і розташований уздовж протяжного електрода, а також щонайменше один попередньо поляризований сегнетоелектричний зразок, розташований між протяжним електродом і ближнім до нього додатковим електродом, а як джерело живлення використаний генератор напруги, приєднаний до електродів через провідний фідер і керуючий комутатор [Патент РФ № 2187167 HO1J25/02, 2002 p.]. Використання цього пристрою для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням характеризується створенням випромінювання у вузькому діапазоні шкали електромагнітних хвиль. Відомий пристрій для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням, що включає трубчастий корпус, НВЧ-генератор, прискорювач електронів, що має катод і анод, а також сферичний відбивач з внутрішньою дзеркальною поверхнею. При цьому корпус у вигляді труби вакуумований і виконаний зі скла із зигзагоподібними ділянками, а всередині труби послідовно розташовані: іонне джерело електронів, трубчасті електроди, що прискорюють, і анод, який розташований в закінченні зиґзаґоподібної ділянки, а сферичний свинцевий відбивач з внутрішньою дзеркальною поверхнею фокусує випромінювання на об'єкті [Патент РФ 2409798С2, F41В 6/00, 2006 p.]. Використання цього пристрою характеризується низькою щільністю електромагнітного випромінювання при дії на об'єкт. Задачею даної корисної моделі є вдосконалення пристрою для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням шляхом зміни складу його елементів і забезпечення їх спеціального зв'язку один з одним, в результаті чого підвищується щільність електромагнітного випромінювання при дії на об'єкт. Поставлена задача вирішена за рахунок того, що запропонований пристрій для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням, що включає трубчастий корпус, НВЧгенератор, прискорювач електронів, що має катод і анод, а також сферичний відбивач з внутрішньою дзеркальною поверхнею, згідно з корисною моделлю, забезпечений послідовно встановленим по осі корпуса циліндричним резонатором і концентратором електромагнітної енергії, при цьому в вакуумованому циліндричному резонаторі розміщені НВЧ-генератор, з'єднаний з прискорювачем електронів у вигляді електронної гармати, навпроти катода якої розміщена прольотна труба з розміщеною навколо неї магнітною системою, а в торці труби встановлено анод-мішень, вбудований в пристрій введення електронного пучка в накопичувач електронів, охоплений зовні системою магнітів, що представляє собою тор, вихід пучка з якого через хвилевід з'єднаний з роздільником електронного пучка на два, причому кожен з розділених пучків через скляні капіляри намотаний на порожнисту циліндричну трубу, пов'язану з лійкою і встановлену в концентраторі, в торці якого розміщений сферичний відбивач, сама лійка з'єднана із жорстким хвилеводом з приєднаною до нього антеною, а сам концентратор закріплений в сферичному шарнірі, причому капіляри намотані в два ряди - один поверх одного, а останні витки капілярів в обох рядах замикаються самі на себе, при цьому пристрій забезпечений другим НВЧ-генератором, який розміщений в додатковому корпусі, з'єднаним через гнучкий хвилевід з накопичувачем електронів, а через два інших гнучких хвилеводи - з останніми витками скляних капілярів. Відмінністю запропонованого пристрою від найбільш близького з аналогів є те, що пристрій забезпечений послідовно встановленим по осі металевого корпусу циліндричним резонатором і концентратором електромагнітної енергії, при цьому в вакуумованому циліндричному резонаторі розміщені НВЧ-генератор, з'єднаний з прискорювачем електронів у вигляді електронної гармати, навпроти катода якої розміщена прольотна труба з розміщеною навколо неї магнітною системою, а в торці труби встановлено анод-мішень, вбудований в пристрій введення електронного пучка в накопичувач електронів, охоплений зовні системою магнітів, що представляє собою тор, вихід пучка з якого через хвилевід з'єднаний з роздільником електронного пучка на два, причому кожен з розділених пучків через скляні капіляри намотаний на порожнисту циліндричну трубу, пов'язану з лійкою і встановлену в концентраторі, в торці якого розміщений сферичний відбивач, сама лійка з'єднана із жорстким хвилеводом з 1 UA 118547 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 приєднаною до нього антеною, а сам концентратор закріплений в сферичному шарнірі, причому капіляри намотані в два ряди - один поверх одного, а останні витки капілярів в обох рядах замикаються самі на себе, при цьому пристрій забезпечений другим НВЧ-генератором, який розміщений в додатковому корпусі, з'єднаним через гнучкий хвилевід з накопичувачем електронів, а через два інших гнучких хвилеводи - з останніми витками скляних капілярів. Технічним результатом від застосування запропонованого пристрою для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням, в порівнянні з найбільш близьким з аналогів, є збільшення щільності електромагнітного випромінювання при його дії на об'єкт. Це досягається на базі ефекту формування безконтактного руху згустків електронів в скляних капілярах, намотаних на циліндричну трубу у вигляді подвійного ряду кілець, внаслідок чого виникає джерело електромагнітного випромінювання в широкому спектральному діапазоні, яке подається на опромінюваний об'єкт через концентратор пристрою і через приєднану до нього лійку із жорстким хвилеводом, на кінці якого розташована антена. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 зображений загальний вигляд пристрою для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням; на Фіг. 2 зображений накопичувач електронів (вигляд зверху), на Фіг. 3 - також зображений накопичувач електронів (вигляд збоку). Пристрій для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням містить трубчастий металевий корпус 1 з розміщеним по осі корпусу вакуумованим циліндричним резонатором 2, в порожнині якого розміщена електронна гармата 3, навпроти якої співвісно до кришки резонатора зовні приєднана через отвір в резонаторі 2 прольотна труба 4 з розміщеною навколо неї магнітної системою 5, в торці цієї труби встановлено анод-мішень 6, вбудований в пристрій введення електронного пучка 7, приєднаного до накопичувача електронів 8 з системою магнітів 9, як джерело живлення до резонатора 2 підключений надвисокочастотний генератор 10 з петлею зв'язку 11 для регулювання рівня введеної в циліндричний резонатор 2 НВЧпотужності, другий НВЧ-генератор 12, розміщений в додатковому корпусі 13 через смужкову лінію 14 за допомогою роздільника НВЧ-випромінювання 15, через гнучкий хвилевід 16 приєднаний до введення 17 НВЧ-випромінювання, що надходить в накопичувач електронів 8, на виводі 18 якого розміщений роздільник електронного пучка 19, приєднаний до двох скляних капілярів 20 і 21, які намотані в два ряди - один поверх одного 22 і 23 на порожнисту циліндричну трубу 24, з'єднану зі сферичним шарніром 25, вставленим в напрямні 26, причому останні витки капілярів в нижньому 22 і верхньому рядах 23 замикаються самі на себе, і до них приєднуються два гнучких НВЧ-хвилеводи 27. Система нижніх 22 і верхніх витків 23 капілярів укладена в концентратор 28, в торці якого розташовується відбивач НВЧ-випромінювання 29, концентратор 28 переходить в лійку 30, на виході якої розміщений жорсткий хвилевід 31, забезпечений антеною 32. Робота пристрою для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням здійснюється наступним чином. Від НВЧ-генератора 10 через петлю зв'язку 11 в циліндричний резонатор 2, розміщений по осі корпусу 1, подається НВЧ-потужність, при цьому з'являється напруга надвисокочастотних коливань. При включенні електронної гармати 3 з неї виходить електронний потік, що прискорюється в резонаторі 2 і прольотній трубі 4, сфокусований за допомогою магнітної системи 5, до анода-мішені 6, далі потік електронів проходить пристрій введення електронного пучка 7 і потрапляє в накопичувач електронів 8, в якому, рухаючись по колу, потік електронів обертається по замкнутому кільцю під впливом сили Лоренца, зумовленої впливом постійних магнітів 9. Одночасно з включенням НВЧ-генератора 10 відбувається включення НВЧ-генератора 12, який розташовується в додатковому корпусі 13 і регулювання потужності в якому проводиться аналогічно, як і в СВЧ-генераторі 10. Напруга надвисокочастотних коливань, що з'явилася, поширюється уздовж смужкової лінії 14, від якої через роздільник НВЧ-випромінювання 15 за допомогою гнучкого хвилеводу 16 НВЧвипромінювання вводиться в пристрій введення 17, вбудоване в замкнуте кільце накопичувача електронів 8, внаслідок чого починається модуляція енергії часточок полем слабкої хвилі і в результаті чого електрони зі зміненими енергіями за інерцією збираються в згустки, відстань між якими дорівнює довжині хвилі. Таким чином, згустки утворюються з первісно однорідного пучка електронів в самоузгодженому процесі, що відбувається в просторі взаємодії електронів з хвилею. Під час цього процесу накопичувач електронів замкнений, на вході в пристрій виведення електронного пучка 18 подається негативний імпульс з генератора високих частот 10. Через заданий проміжок часу система управління подає на вхід пристрою виведення електронного пучка 18 позитивний імпульс, і накопичувач електронів 8 відкривається, далі сформовані згустки електронів надходять в роздільник електронного пучка 19 і по гнучких скляних капілярах 20 і 21 подаються в нижній 22 і верхній 23 ряд кілець, одягнених на 2 UA 118547 U 5 10 15 20 25 циліндричну трубу 24. НВЧ-потужність від НВЧ-генератора 12 подається через гнучкі роздільники НВЧ-випромінювання 27 в останні, замкнуті самі на себе кільця капілярів нижнього 22 і верхнього ряду 23. Таким чином, електромагнітна хвиля поширюється назустріч сформованим згусткам електронів. Цей процес, в якому заряди розгойдуються однією хвилею, а потім випромінюють хвилю другої частоти, відбувається тому, що відбитий фотон має енергію набагато більшу, ніж падаючий. Згустки електронів, розгойдувані електромагнітної хвилею, що спрямовується назустріч цьому потоку по кільцях скляних капілярів нижнього 22 і верхнього ряду 23, випромінюють електромагнітні хвилі внаслідок доцентрового прискорення, що діє на потік електронів в кільцях капілярів, причому випромінювання спрямоване перпендикулярно до площини обертання електрона вперед і назад. Для того, щоб уникнути втрат електромагнітного випромінювання, два ряди капілярів 22 і 23 поміщають в концентратор 28, в торці якого розміщений відбивач НВЧ-випромінювання 29, що направляє імпульс надвисокої частоти в заданому напрямку. В результаті електромагнітне випромінювання переходить з концентратора 28 в лійку 30 і далі переходить в жорсткий хвилевід 31, забезпечений антеною 32, яка направляє випромінювання на заданий об'єкт. Наведення випромінювача на об'єкт проводиться за допомогою сферичного шарніра 25, розташованого в спрямовуючому пристрої 26. Віддаючи команду на включення в роботу сферичного шарніра 25, система управління дозволяє переміщати закріплену на шарнірі трубу 24 з розміщеними на ній двома рядами нижніх і верхніх капілярів 22 і 23, укладеними в концентратор 28, що переходить в лійку 30 і далі в жорсткий хвилевід 31 з розміщеною на ньому антеною 32, в будь-яку задану точку. Таким чином, в процесі роботи пристрою, за рахунок формування безконтактного руху згустків електронів у вказаних його елементах виникає джерело електромагнітного випромінювання, щільність якого при дії на об'єкт приблизно в 3 рази вище, порівняно з найбільш близьким з аналогів. При цьому одночасно забезпечується висока точність дії електромагнітним випромінюванням на об'єкт. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 Пристрій для дії на матеріальні об'єкти електромагнітним випромінюванням, що включає трубчастий корпус, НВЧ-генератор, прискорювач електронів, що має катод і анод, а також сферичний відбивач з внутрішньою дзеркальною поверхнею, який відрізняється тим, що забезпечений послідовно встановленим по осі металевого корпуса циліндричним резонатором і концентратором електромагнітної енергії, при цьому в вакуумованому циліндричному резонаторі розміщені НВЧ-генератор, з'єднаний з прискорювачем електронів у вигляді електронної гармати, навпроти катода якої розміщена прольотна труба з розміщеною навколо неї магнітною системою, а в торці труби встановлено анод-мішень, вбудований в пристрій введення електронного пучка в накопичувач електронів, охоплений зовні системою магнітів, що представляє собою тор, вихід пучка з якого через хвилевід з'єднаний з роздільником електронного пучка на два, причому кожен з розділених пучків через скляні капіляри намотаний на порожнисту циліндричну трубу, пов'язану з лійкою і встановлену в концентраторі, в торці якого розміщений сферичний відбивач, сама лійка з'єднана із жорстким хвилеводом з приєднаною до нього антеною, а сам концентратор закріплений в сферичному шарнірі, причому капіляри намотані в два ряди - один поверх одного, а останні витки капілярів в обох рядах замикаються самі на себе, при цьому пристрій забезпечений другим НВЧ-генератором, який розміщений в додатковому корпусі, з'єднаним через гнучкий хвилевід з накопичувачем електронів, а через два інших гнучких хвилеводи - з останніми витками скляних капілярів. 3 UA 118547 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4