Стабилизация анодного напряжения клистрона системы СВЧ-питания ЛУЭ с помощью микроконтроллерной системы регулирования

Abstract

Для проведения ядерно-физических экспериментов на линейном ускорителе электронов ЛУЭ-40 требуется долговременная нестабильность средней энергии электронов лучше, чем ± 0,5 %. Анализ факторов нестабильности показал, что одной из причин является нестабильность тока клистрона системы СВЧ-питания ускорителя. Оценки показали, что относительное изменение энергии электронов практически линейно зависит от относительного изменения тока клистрона. Это значит, что стабильность тока клистрона также должна поддерживаться в пределах ± 0,5 %. В работе предложен и реализован метод поддержания стабильности тока клистрона путем автоматического регулирования его анодного напряжения. Реализация метода основана на введении цепи обратной связи с микроконтроллерным регулирующим элементом, содержащим ПИД-закон регулирования. Анодное напряжение клистрона измеряется с помощью разработанного АЦП двойного интегрирования, позволяющего измерять напряжение с точностью ± 0,05 %.

Nuclear-physics experimentation on linear electron accelerator LU-40 requires the long-term instability of average electron energy to be better than ± 0.5 %. The analysis of the instability factors has shown that one of the reasons is the instability of a klystron current of a linac RF power system. Estimations have resulted to the following: the relative error of electron energy has actually linear dependence on the relative error of a klystron current. It means that the klystron current stability should be also maintained within error of ± 0.5 %. The method of the klystron current maintenance utilizing automated control of a klystron anode voltage has been proposed and implemented. The method was implemented by the introduction of a microcontroller based feedback loop with a PID regulating algorithm. The klystron anode voltage is measured by the developed integrating dual-slope A/D converter that allowed to measure with the accuracy up to ± 0.05 %.

Для проведення ядерно-фізичних експериментів на лінійному прискорювачі електронів ЛПЕ-40 потребується довготривала нестабільність середньої енергії електронів краща, ніж ± 0,5 %. Аналіз факторів нестабільності показав, що одною з причин є нестабільність струму клістрона системи НВЧ-живлення прискорювача. Оцінки показали, що відносна зміна енергії електронів практично лінійно залежить від відносної зміни струму клістрона. Це означає, що стабільність струму клістрона також повинна підтримуватись в межах ± 0,5 %. У роботі запропоновано та реалізовано метод підтримки стабільності струму клістрона шляхом автоматичного регулювання його анодної напруги. Реалізація методу основана на уведенні ланцюга зворотного зв'язку з мікроконтролерним регулюючим елементом, що містить ПІД-закон регулювання. Анодна напруга клістрона вимірюється за допомогою розробленого АЦП подвійного інтегрування, який дозволяє вимірювати напругу з точністю ± 0,05 %.