Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Մեծ հզորություն պահանջող կիրառություններում ռադիոհաճախային համակարգերի մշակումն ու հետազոտումը

Ալի Մոհամմադ, Փուրսալեհ (2013) Մեծ հզորություն պահանջող կիրառություններում ռադիոհաճախային համակարգերի մշակումն ու հետազոտումը. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img]
Preview
PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (3428Kb) | Preview

    Abstract

    High-power radio frequency (RF) systems have been used in many industrial applications. One of the main applications of these systems is in industrial accelerators, which is the objective and the main goal of this dissertation. Main goal of the present study is to design and optimize RF systems of an industrial electron accelerator. Here, we carry out analytical calculations and perform numerical simulations to study design of an RF system for an industrial electron accelerator. First, we introduce and compare different types of industrial accelerators and examine their applications. Then, by considering principles of operations of an RF system in an accelerator, we simulate and evaluate different components of an industrial Rhodotron accelerator.Rhodotrons accelerators are known as one of the most powerful industrial accelerators. One of the issues with the present accelerators is the use of RF vacuum tubes in their RF system. RF vacuum tubes have many disadvantages, for instance, short lifespan which entails frequent replacements in short intervals of time, burdens extra expenses, prevails difficult maintenance, and causes risks associated with high-voltage conditions. Furthermore, manufacturing technology of RF tubes is only available in several industrial countries; therefore, supplying the tubes in many countries is not expedient. Thus, we introduce solid state amplifiers as an alternative technique and review advantages of using them in electron accelerators to overcome problems associated with using RF vacuum tubes. A new RF system for an electron accelerator, particularly for a Rhodotron accelerator using the alternative solid state amplifiers method, is designed and studied based on the numerical simulations. To simulate the RF system of an accelerator and study dynamics of an electron beam in an accelerator, we utilize CST Studio, Ansoft HFSS, ADS, Superfish, and Ansys commercial codes. In addition, math tools such as Matlab and computer aided design packages such as Autocad Electrical, Solid works, Orcad, and circuit analysis code Protel are used in this study. Nonetheless, most of the numerical simulations are carried out using CST Studio 2010. Different environments of this software used in this dissertation to design and analyze new accelerator include: CST Microwave Studio, CST Design Studio, and CST Particle Studio. Finally, a new transistor-based accelerator is proposed and designed by based on the numerical simulations. This accelerator can work with solid state amplifier module and can be connected directly to the acceleration cavity without using either a power combiner and high-power transmission lines or an input coupler. This design can work with high-power industrial electron accelerators, is small in volume, and has low-manufacturing costs.Մեծ հզորություն ունեցող ռադիոհաճախականային (ՌՀ) համակարգերը լայն կիրառում են ստացել տարբեր արդյունաբերա-արտադրական տեխնոլոգիաներում, ինչպիսիք են նյութերի չորացումը, սինթեզումը, սթերիլիզացումը, պլազմային մշակումը և այլն: Այս կիրառումների շարքում առանձնահատուկ տեղ են կազմում արդյունաբերական արագացուցիչները, որոնք խիստ անհրաժեշտ են թե' արտադրություններում, թե բժշկության ոլորտում: Արդյունաբերական արագացուցիչների լայն կիրառման համար պետք է ապահովվեն նրանց բարձր տեխնիկա-տնտեսական բնութագրերը անվտանգությունը, խելամիտ և մատչելի գինը, փոքր չափսերը, սպասարկման պարզությունը և տնտեսական նպատակահարմարությունը: Նշված պահանջների ապահովման գործընթացում գլխավոր դերը պատկանում է հզոր ՌՀ համակարգին, որի բնութագրերը գլխավորապես որոշում են արագացուցչի հնարավորությունները: Ուստի խիստ արդիական է դառնում արդյունաբերական արագացուցիչների ՌՀ համակարգերի, ինչպես նաև նրանց բաղադրամասերի, օպտիմալացումը և կառուցման նոր ուղիների որոնումն ու հետազոտումը: Ատենախոսությունում մանրամասն ուսումնասիրվել են ^օճօէւ՚օո տիպի արդյունաբերական արագացուցիչների ՌՀ համակարգերը: Հետազոտվել են էլեկտրոնային թնդանոթի, ՌՀ ռեզոնատորի և գրգռիչների օպտիմալացման ուղիները, մշակվել են նրանց կառուցվածքները: Կատարվել են խորը հետազոտություններ, ուղղված ՌՀ համակարգերը ամբողջությամբ կիսահաղորդչային բաղադրամասերով իրականացնելու հնարավորությանը և առաջարկվել է սկզբունքորեն նոր էլեկտրավակուումային լամպերից զերծ համակարգ: Ստացվել են հետևյալ նոր գիտական արդյունքները: Ցույց է տրվել, որ բարձր բարորակությանը և բեռնված իմպեդանսի հասնելու համար, անհրաժեշտ է արագացուցիչներում կատարել լայն կիրառություն գտած կոաքսիալ ռեզոնատորների ձևափոխություն, տալով նրանց «թիթեռնիկի» տեսք: Գտնված են օպտիմալ ձևափոխության հարաբերությունները: Առաջին անգամ առաջարկվել է ^օճօէւ՚օո արագացուցիչներում կիսալիք երկարությամբ կոաքսիալ ռեզոնատորը փոխարինել լիալիքային ռեզոնատորով: Ցույց է տրվել, որ համապատասխան ձևափոխությունների արդյունքում ապահովվում է հետադարձ կորուստների ավելի ցածր մակարդակ: Նաև, ցույց է տրվել, որ աղբյուրի և ռեզոնատորի միջև լավագույն կապը ապահովվում է դաշտի մագնիսական բաղադրիչի միջոցով, և, որ կապի էլեմենտի օպտիմալ տեսքը ուղղանկյունն է: Радиочастотные (РЧ) системы высокой мощноости нашли широкое применение в различных промышленных технологических процессах, таких как сушка и синтез материалов, плазменных обработках и т.д. В ряду таких систем особое место занимают промышленные ускорители, которые крайне необходимы как в производствах и обработках, так и в медицинских областях. Для широкого применения промышленных ускорителей необходимо обеспечить их высокие технико-экономические характеристики: безопасность, разумная стоимость, небольшие габариты, несложное обслуживание и экономическая целесообразность. Главную роль в деле обеспечения указанных требований принадлежит мощным РЧ системам, параметры которых, в основном, обуславливают возможности ускорителя. Следовательно, актуальной является задача оптимизации РЧ систем в целом и его составных частей, а также поиск и исследование принципиально новых путей их построения. В диссертационной работе подробно исследована РЧ система промышленного ускорителя типа ЯЬо^^оп. Исследованы пути оптимизации электронной пушки, РЧ резонаторов, элементов связи и разработаны их конструкции. Проведены глубокие исследования, направленные на поиск возможности построения РЧ системы целиком на полупроводниковых компонентах, и предложена принципиально новая структура, исключающая необходимость электровакуумных мощных ламп. Получены следующие научные результаты: Показано, что для достижения высокой добротности шунтирующего импеданса необходимо видоизменить геометрию нашедшего широкое применение в ускорителях коаксиального резонатора, придав ему форму “бабочки”. Найдены оптимальные соотношения преобразования. Впервые для ускорителей типа ЯЬо^^оп предложено заменить полуволновый коаксиальный резонатор на целоволновой резонатор. Показано, что в результате соответствующих изменений увеличивается эффективность взаимодействия РЧ поле — электронный пучок и уменьшаются потери на отражение. Определено, что оптимальную связь с резонатором обеспечивает элемент связи на магнитной компоненте в виде прямоугольной петли. Найдено, что для увеличения эффективности необходимо, чтобы электронная пушка имела обратную свяязь с системой фазовой подстройки.

    Item Type: Thesis (PhD)
    Additional Information: Մեծ հզորություն պահանջող կիրառություններում ռադիոհաճախային համակարգերի մշակումն ու հետազոտումը: Разработка и исследование радиочастотных систем для высокомощностных применений.
    Uncontrolled Keywords: Ալի Մոհամմադ Փուրսալեհ, Али Мохаммад Пурсале
    Subjects: Physics
    Divisions: UNSPECIFIED
    Depositing User: NLA Circ. Dpt.
    Date Deposited: 10 May 2017 14:17
    Last Modified: 11 May 2017 13:47
    URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/4634

    Actions (login required)

    View Item