К вопросу о разработке вычислительного устройства для регулирования фазы инжекции бетатрона Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

1970

Том 184

К ВОПРОСУ О РАЗРАБОТКЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ФАЗЫ ИНЖЕКЦИИ БЕТАТРОНА

В. М. РАЗИН, В. Л. РЯБУХИН

(Представлена научным семинаром кафедры математических и счетно-решающих

приборов и устройств)

Важнейшими параметрами бетатрона являются величина интенсивности тормозного излучения и ее стабильность. Стабильность излучения определяется рядом факторов [1], учесть которые при ручной регулировке режима работу бетатрона не представляется возможным. Одной из главных причин, влияющих на стабильность излучения,, является точное соблюдение условия инжекции, которое определяется как

1

— — агсБт

со

10*Уи1(и1 + 2и0)

(1)

3 г0Нт

где — время в сек;

о) — круговая частота тока, питающего электромагнит; ¿/¿ — напряжение инжекции в мегавольтах;

Нт — амплитуда напряженности магнитного поля на равновесной - орбите в эрстедах; г0-—радиус равновесной орбиты в см; и0 — 0,511 мегавольта.

Выражение (1) показывает, что в зависимости от конструктивного параметра бетатрона г0 в момент инжекции необходимо согласовать значение четырех величин: момента инжекции, напряжения на инжекторе, величины магнитного поля и частоты изменения магнитного поля бетатрона. Большинство существующих в ¡настоящее время устройств для задания момента инжекции основаны на принципе ручного или автоматического изменения фазы инжекции в зависимости от выходного параметра, т. е. от величины излучения, [3]. Однако эти устройства обладают малой точностью и значительной инерционностью в отслеживании заданного или максимального уровня излучения. Действительно, при резких изменениях и г , Нт или со, определяемых скачками напряжения, и частоты сети, питающей электромагнит бетатрона,, эти устройства переходят из режима слежения заданного уровня в режим его поиска, осуществляемый- обычно путем отыскания оптимальной для данных условий фазы инжекции. Длительность режима поиска зависит от быстродействия системы автоматического регулирования, величины и скорости изменения напряжения сети и занимает время от нескольких периодов питающей сети до ¡нескольких секунд, что оказывается в ряде случаев эксплуатации бетатрона недопустимым. Повысить точность и быстродействие следящей системы можно с помощью управляющего вычислительного устройства, определяющего по текущим значениям V ь ,

Нт и о» фазу инжекции согласно выражению (1) и вырабатывающего в требуемый момент времени запускающий импульс для схемы инжекции. Такое вычислительное устройство может регулировать режим работы бетатрона как самостоятельно, так и в комплексе со следящим устройством, осуществляя регулирование по возмущению.

Рассмотрим требования, предъявляемые к вычислительному устройству, работающему в качестве автономного компенсирующего регулятора бетатрона.,

Для серии бетатронов, изготавливаемых в Томском политехническом институте, фаза инжекции может изменяться от 15 до 50 мксек при напряжении инжекции около 40 кв. Допустимая погрешность фазы инжекции, определенная на основании экспериментальных исследований для колебаний излучения на 5%, измеряется величиной порядка 0,1 мксек. Следовательно, для t ¿ =50 мксек погрешность в определении ti должна быть не более 0,2%.

На основании полученной погрешности ó t найдем допустимые погрешности. в измерении U¿, Нт \и со.

Учитывая, что для большинства бетатронов инжекция осуществляется в момент со f1' ^ Г, можно с большой степенью точности (до 0,025%) принять приближение

sin соt¿ ^ ü)í¿.

Полагая, что для данного бетатрона r0 = const, запишем выражение (1) в виде

^гп

где

104

к

3 г0

Дифференцируя (2) и деля на первоначальное равенство, получим dt¿ {Ut + U^)dUt di* dHm

m

tt . £/í(£/l + 2£/„) o) tf, или в конечных приращениях

= Щ _ио А»> ¡

tt ■ * нт

и0

При

1

и>« и> —гг. '

При

2 Jr — и,

2

^ 2

2 + — 3 Un

Таким образом,

<

2 +

1и

Ч± 3 '

и* '

Тогда при Ы1 < 0,2 % погрешности составляющих будут определяться неравенствами

— < 0,05 »/о, ^ < 0,1 »/о и ^<0,1 %.

О)

и,

н

т

Таким образом, вычислительное устройство, решающее выражение (2), должно измерять текущие значения трех параметров: £/г, Нт и си. Построение такого устройства, очевидно, нецелесообразно, так как регулирование по трем параметрам можно осуществить с помощью устройства, измеряющего текущие значения только двух величин.

Действительно, датчиком магнитного поля обычно является дополнительная обмотка на ярме электромагнита, на которой индуктируется напряжение ит = к&Нт.

Поэтому выражение (2) запишется как

и

кУи1(Ц1 + 2и0)

(3)

Очевидно, что погрешность в измерении. Vь и IIт будет определяться неравенствами

и ^<0,1%.

¿Л

и,

Решение уравнения (3) можно осуществить с помощью вычислительного устройства [2], однако погрешность решения будет выше допустимой. Требуемую точность в определении момента, инжекции может обеспечить цифровое вычислительное устройство, блок-схема которого приведена на рис. 1, где 1 — преобразующее устройство, 2 —арифметическое устройство, 3—выходное устройство, 4—устройство управления.

Рис. 1. Блок-схема вычислительного устройства для регулирования фазы инжекции бетатрона: — преобразующее устройство, 2 — арифметическое устройство, 3 — выходное устройство, 4 — устройство управления

Входное устройство преобразует входные напряжения и 1}т в цифровой код. Арифметическое устройство предназначено для решения уравнения (3). Выходное устройство осуществляет преобразование цифрового кода фазы инжекции во временной интервал. Устройство управления обеспечивает согласование работы отдельных блоков посредством выдачи в соответствующие, моменты времени и в требуемые цепи управляющих импульсов.

В зависимости от принятого алгоритма решения выражения (3) возможно несколько вариантов построения вычислительного устройства, рассмотрение и результаты экспериментальных исследований которых будут даны в следующих работах.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. М. ,Р а.зин. Стабилизация излучения бетатрона. Известия ТПИ, т. 87, 1957.

2. А. А. Наумов, В. И. П и льем и й, Л. И, Юдин. Авторское свидетельство СССР, № 175153.

3. В. И. Горбунов, О. И. Недавний. Стабилизатор уровня интенсивности тормозного излучения бетатрона. Труди IV межвузовской конференции по электрон-рым ускорителям, изд. «Высшая школа», М., 1964.