Высоковольтный ускоритель (ускоритель прямого действия)

Высоковольтный ускоритель заряженных частиц (ускоритель прямого действия) — класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, электронов) высоких энергий. В основе работы высоковольтного ускорителя заложено взаимодействие заряженных частиц с электрическим полем. Электрическое поле способно напрямую совершать работу над частицей, то есть увеличивать её энергию.

Высоковольтные ускорители можно разделить на четыре группы по типу генераторов, создающих высокое напряжение:

Ускоритель Ван де Граафа
Ускоряющее напряжение создаётся генератором Ван де Граафа, основанном на механическом переносе зарядов диэлектрической лентой. В современных модификациях (пеллетронах) лента заменена цепью. Максимальные электрические напряжения ~20 МВ определяют максимальную энергию частиц ~20 МэВ.
Каскадный ускоритель
Ускоряющее напряжение создаётся каскадным генератором (например, генератором Кокрофта-Уолтона, который создаёт постоянное ускоряющее высокое напряжение ~5 МВ, преобразуя низкое переменное напряжение по схеме диодного умножителя.)
Трансформаторный ускоритель
Высокое переменное напряжение создаёт высоковольтный трансформатор, а пучок проходит в нужной фазе вблизи максимума электрического поля.
Импульсный ускоритель
Высокое напряжение создаётся импульсным трансформатором при разряде большого количества конденсаторов.

Конструкция высоковольтного ускорителя заряженных частиц

Все типы высоковольтных ускорителей состоят из:

высоковольтный генератор
Устройство, вырабатывающее высокое напряжение для ускорения электронов распространены двух типов:
  • индукционные - конструктивно является повышающим трансформатором
  • каскадно-емкостные - набор емкостей(конденсаторов), работающих по схеме умножения напряжения - например, генератор Крофкорта-Уолтона.
источник электронов
Устройство предназначенное для эмиссии электронов
ускоряющая трубка
Устройство для ускорения электронов
системы формирования и вывода пучка электронов
Служит для вывода пучка электронов непосредственно в среду

Применение высоковольтного ускорителя

  • Научные исследования.
  • Стерилизация (для стерилизации продуктов питания, медицинского инструмента).
  • Радиационное сшивание полимеров.
  • Очистка топочных газов и сточных вод от вредных примесей.
  • Уничтожение бактерий и продуктов биологического оружия.
  • Производство цемента.
  • Сжижение попутного нефтяного газа в больших объёмах.
  • Переработка нефти.