Reducción de emisión autosostenida mediante magnetización espacialmente variable.

Un aparato que comprende una carcasa adecuada para formar un vacío en la misma y medios para suprimir, al menos parcialmente, un efecto de emisión autosostenida cuando se genera un campo electromagnético de RF o de microondas en dicho vacío al disminuir el rendimiento de electrones secundarios, en el que dichos medios para suprimir al menos parcialmente el efecto de emisión autosostenida comprenden medios para generar pasivamente un campo magnético localmente variable en la proximidad de al menos una porción de la superficie interior de dicha carcasa, adecuado para la captura de al menos una porción de los electrones secundarios, tal como no contribuir a la producción de electrones secundarios, en el que dicha medios para suprimir al menos parcialmente el efecto de emisión autosostenida comprenden una capa

(12) de material ferromagnético que está estáticamente magnetizada, tal como para generar un campo magnético (16) localmente variable.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/008934.

Solicitante: CERN - European Organization For Nuclear Research.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: 1211 Geneva 23 SUIZA.

Inventor/es: CASPERS,FRITZ.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > GUIAS DE ONDAS; RESONADORES, LINEAS, U OTROS DISPOSITIVOS... > Dispositivos auxiliares (dispositivos de acoplamiento... > H01P1/201 (Filtros de ondas electromagnéticas transversales (H01P 1/212, H01P 1/213, H01P 1/215, H01P 1/219 tienen prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > TUBOS DE DESCARGA ELECTRICA O LAMPARAS DE DESCARGA... > Detalles de tubos de vacío de los tipos cubiertos... > H01J19/57 (provistos de revestimientos sobre sus paredes; Empleo de materiales específicos para revestimientos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > TUBOS DE DESCARGA ELECTRICA O LAMPARAS DE DESCARGA... > Detalles de tubos de tiempo de tránsito de los tipos... > H01J23/02 (Electrodos; Medios de control magnéticos; Pantallas (asociadas al resonador o al sistema de retardo H01J 23/16))

PDF original: ES-2532462_T3.pdf

 

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Reducción de emisión autosostenida mediante magnetización espacialmente variable.

Fragmento de la descripción:

Reducción de emisión autosostenida mediante magnetización espacialmente variable Campo de la invención La presente invención se refiere a un aparato que comprende una carcasa adecuada para formar un vacío en la misma y medios para suprimir, al menos parcialmente, un efecto emisión autosostenida cuando un campo electromagnético de RF o de microondas se genera en dicho vacío. La invención se refiere además a un método de formación de tal aparato y a un método para suprimir, al menos parcialmente, los efectos de la emisión autosostenida en una carcasa de vacío.

Antecedentes La emisión autosostenida, también llamada efecto multipactor, es un fenómeno de la multiplicación de electrones de resonancia en un vacío al que se aplica un campo de microondas (MW) o RF. La emisión autosostenida se produce cuando los electrones en el campo de RF o MW oscilan sincrónicamente y provocan una emisión secundaria de electrones al chocar con electrodos u otras superficies de la carcasa. Si el rendimiento de electrones secundarios (SEY) , es decir, el número promedio de electrones emitidos por una superficie cuando es golpeada por un electrón es mayor que uno, el número de electrones aumenta constantemente y se acumula una avalancha de electrones, que a su vez conduce a pérdidas de potencia notables y al calentamiento de las paredes de la carcasa. En consecuencia, debido a la emisión autosostenida, se hace difícil aumentar los campos de las cavidades mediante el aumento de la potencia incidente. En estructuras de superconductores, un gran aumento de temperatura debido a la emisión autosostenida puede conducir a una descomposición térmica. Además, un intenso bombardeo de electrones de emisión autosostenida puede incluso romper las ventanas de cerámica en las líneas de alimentación de energía. Debido a estos problemas, hay un fuerte deseo de suprimir la emisión autosostenida en los dispositivos de RF o MW de vacío.

En principio, la emisión autosostenida puede producirse en cualquier dispositivo o aparato en el que se utiliza una potencia considerable de microondas o de RF en una carcasa o cavidad de vacío. Específicamente, la emisión autosostenida se sabe que es un problema grave en dispositivos de microondas de satélites, tales como filtros de microondas y guías de ondas. Respecto a los satélites u otras aplicaciones espaciales, las pérdidas de potencia y limitación de la potencia debido a emisión autosostenida son extremadamente desventajosas por razones obvias, y la fuente de alimentación está severamente limitada en el espacio. Sin embargo, la emisión autosostenida también afecta negativamente al funcionamiento de los aceleradores de partículas, tal como los aceleradores de partículas lineales utilizados en dispositivos médicos, radioterapia o aceleradores utilizados en física o ciencia de los materiales.

En la técnica anterior, se conocen diferentes enfoques para suprimir el efecto de emisión autosostenida indeseable. Como la emisión autosostenida es esencialmente un efecto de resonancia de electrones, en un enfoque se busca a diseñar el entorno de campo o cavidad tal como para evitar la resonancia del campo eléctrico de alta frecuencia a utilizar. Por ejemplo, si el tiempo de ejecución de electrones entre dos electrodos opuestos pasa a ser un múltiplo impar de la mitad de un período de campo, los electrones adquirirán una aceleración neta entre los electrodos y, por lo tanto, se puede acumular una avalancha de electrones. En consecuencia, un enfoque para suprimir la emisión autosostenida es evitar combinaciones de conducción de campo y las geometrías de las cavidades, que conducirían a tales resonancias. Sin embargo, esto limita en gran medida la variedad de posibles geometrías del dispositivo y los campos electromagnéticos aplicables y es, por lo tanto, una limitación no deseable para el diseño de un dispositivo.

El documento JP 01 281700 A divulga una cavidad de acelerador conectada con una guía de ondas a través de un acoplador de microondas. El acoplador de microondas tiene una estructura bitubular con un tubo acoplador interior y exterior. Además, un electroimán comprende un núcleo y se proporciona una bobina en el acoplador de microondas, que genera un campo magnético entre los tubos interior y exterior del acoplador de microondas. El propósito del campo magnético es aplicar una fuerza a los electrones de movimiento alternativo entre los tubos interior y exterior del acoplador, tal como para modificar un estado de sincronización de los electrones sincronizados con alta frecuencia, para cambiar de ese modo un flujo de electrones secundarios para proteger el acelerador de partículas del efecto multipactor.

Un segundo enfoque para suprimir la emisión autosostenida es una microscópica: como se ha mencionado antes, el efecto de emisión autosostenida se produce cuando el rendimiento de electrones secundarios (SEY) es mayor que uno. Por consiguiente, si uno es capaz de disminuir el SEY, la emisión autosostenida se puede suprimir con eficacia o reducirse masivamente. Ha habido intentos para disminuir el SEY mediante el uso de recubrimientos superficiales especiales, tales como nitrato de titanio y otros. Sin embargo, tales técnicas de revestimiento tienen el problema de que tienden a aumentar las pérdidas de RF o de microondas. Además, en algunos casos, los revestimientos no son estables en el tiempo, en particular cuando están expuestos temporalmente al aire.

Un enfoque microscópico adicional para reducir el SEY se basa en una rugosidad microscópica artificial de la superficie interior de la carcasa. La rugosidad de la superficie actúa como una especie de trampa de electrones local, ya que reduce la probabilidad de que los electrones secundarios liberados de la superficie puedan escaparse en realidad. Debido a la estructura de la superficie áspera, los electrones secundarios liberados pueden ser capturados inmediatamente de nuevo por una parte que sobresale de la superficie, de tal manera que no contribuye a la acumulación de una avalancha de electrones. Aunque la rugosidad superficial artificial ha hecho demostrado que permite una reducción del SEY, por desgracia, también aumenta considerablemente las pérdidas de microondas y RF, que en particular respecto a las aplicaciones de satélites o tecnología espacial, en general, es desventajoso.

En consecuencia, todavía existe una necesidad de un aparato que tenga medios para suprimir al menos parcialmente la emisión autosostenida, un método para hacer tal aparato y un método para suprimir la emisión autosostenida.

Sumario de la invención La presente invención supera las desventajas de la técnica anterior mencionadas anteriormente mediante un aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 7, un método de formación de tal aparato de acuerdo con la reivindicación 11 y un método para suprimir al menos parcialmente el efecto de emisión autosostenida como se define en la reivindicación 14.

Realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.

Según la invención, los medios para suprimir al menos parcialmente el efecto de emisión autosostenida comprenden medios para generar pasivamente un campo magnético localmente variable en la proximidad de al menos una porción de la superficie interior de la carcasa. Si la escala de longitud de las variaciones del campo magnético se elige adecuadamente pequeña, o en otras palabras, la frecuencia espacial de las variaciones del campo magnético es suficientemente alta, el campo magnético localmente variable hará que los electrones secundarios liberados de la superficie de la carcasa sean forzados a lo largo de una curva doblada y vuelvan a introducirse en la superficie justo después de salir de la misma. En pocas palabras, al menos una parte de estos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato que comprende una carcasa adecuada para formar un vacío en la misma y medios para suprimir, al menos parcialmente, un efecto de emisión autosostenida cuando se genera un campo electromagnético de RF o de microondas en dicho vacío al disminuir el rendimiento de electrones secundarios, en el que dichos medios para suprimir al menos parcialmente el efecto de emisión autosostenida comprenden medios para generar pasivamente un campo magnético localmente variable en la proximidad de al menos una porción de la superficie interior de dicha carcasa, adecuado para la captura de al menos una porción de los electrones secundarios, tal como no contribuir a la producción de electrones secundarios, en el que dicha medios para suprimir al menos parcialmente el efecto de emisión autosostenida comprenden una capa (12) de material ferromagnético que está estáticamente magnetizada, tal como para generar un campo magnético (16) localmente variable.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que dicha capa comprenden, al menos parcialmente, unas regiones (12a a 12h) que tienen magnetizaciones diferentes desde al menos una región adyacente, en el que el tamaño promedio de dichas regiones (12a a 12h) en al menos una dimensión del plano es menor de 300 μm, preferiblemente menor de 70 μm y más preferiblemente menor de 40 μm.

3. El aparato de la reivindicación 1 o 2, en el que el componente principal de dicha capa ferromagnética (12) es níquel.

4. El aparato de una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha capa ferromagnética (12) está cubierta por una capa conductora (14) que forma al menos una porción de la superficie interior de dicha carcasa, en el que preferiblemente, al menos el constituyente principal de dicha capa conductora (14) es plata, y/o en el que el espesor de la capa ferromagnética (12) y/o de la capa conductora (14) formada en la parte superior de la misma es de 5 μm a 30 μm, preferiblemente de 7 μm a 15 μm.

5. El aparato de una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha capa ferromagnética (12) está formada en la parte superior de una capa de aluminio (10) .

6. El aparato de una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho aparato es un componente de un satélite y, en particular, una guía de ondas o un filtro de microondas.

7. Un aparato que comprende una carcasa adecuada para formar un vacío en la misma y medios para suprimir, al menos parcialmente, un efecto de emisión autosostenida cuando se genera un campo electromagnético de RF o de microondas en dicho vacío al disminuir el rendimiento de electrones secundarios, en el que dichos medios para suprimir al menos parcialmente el efecto de emisión autosostenida comprenden medios para generar pasivamente un campo magnético localmente variable en la proximidad de al menos una porción de la superficie interior de dicha carcasa, adecuado para la captura de al menos una porción de los electrones secundarios, tal como para no contribuir a la producción de electrones secundarios, en el que el aparato comprende medios para aplicar un campo magnético macroscópico y también comprende una distribución no uniforme de material ferromagnético dispuesto en la proximidad de la superficie interior de dicha carcasa, tal como para modular localmente el campo magnético macroscópico.

8. El aparato de la reivindicación 7, en el que la distribución no uniforme es tal que la amplitud de la modulación de amplitud de la intensidad de campo magnético cae a menos del 15%, preferiblemente menos del 1%, en una porción central de la carcasa.

9. El aparato de la reivindicación 8, en el que dicha distribución no uniforme está formada por una capa modelada de material ferromagnético, en el que dicha capa modelada tiene preferentemente una malla, rejilla o estructura a modo de celda en la que el tamaño de las células, por lo menos en una dimensión en el plano es menor de 1 mm, preferiblemente menor de 100 μm, y más preferiblemente menor de 40 μm.

10. El aparato de una de las reivindicaciones 8 o 9, en el que dicho aparato es un acelerador de partículas.

11. Un método de formación de un aparato en el que un efecto emisión autosostenida se suprime al menos parcialmente, que comprende las etapas de:

proporcionar una carcasa que puede ser evacuada a un vacío, y proporcionar medios para generar pasivamente un campo magnético localmente variable en la proximidad de al menos una porción de la superficie interior de dicha carcasa, adecuado para la captura de al menos una porción de los electrones secundarios, tal como para no contribuir a la producción de electrones secundarios, 7

en el que dicha etapa de proporcionar medios para generar pasivamente un campo magnético localmente variable comprende una etapa de proporcionar una capa ferromagnética (12) en la proximidad de la superficie interior de dicha carcasa y la magnetización de la capa ferromagnética de acuerdo con un patrón localmente variable.

12. El método de la reivindicación 11, en el que el patrón localmente variable al menos en una dimensión en el plano varía en una escala de longitud menor de 300 μm, preferiblemente menor de 70 μm, y más preferiblemente menor de 40 μm.

13. El método de la reivindicación 11 o 12, en el que la etapa de magnetización de la capa ferromagnética (12) se realiza utilizando una cabeza de escritura magnética.

14. Un método para suprimir al menos parcialmente un efecto de emisión autosostenida en una carcasa de vacío, en

el que se genera un campo electromagnético de RF o de microondas, caracterizado porque se proporciona un campo magnético localmente variable en las proximidades de al menos una porción de la superficie interior de dicha carcasa, siendo dicho campo magnético localmente variable adecuado para la captura de al menos una porción de los electrones secundarios, tal como no contribuir a la producción de electrones secundarios, en el que el campo magnético localmente variable se proporciona mediante -proporcionar una capa de material ferromagnético que está estáticamente magnetizada tal como para generar tal campo magnético localmente variable, o -modular localmente un campo magnético macroscópico mediante una distribución no uniforme de material ferromagnético dispuesto en la proximidad de la superficie interior de dicha carcasa.

15. El método de la reivindicación 14, en el que dicha capa ferromagnética es magnetiza preferiblemente de acuerdo con un patrón localmente variable al menos en una dimensión en el plano, que varía en una escala de longitud menor de 300 μm, preferiblemente menor de 70 μm, y más preferiblemente menor de 40 μm , y/o en el que dicho campo magnético localmente variable se proporciona mediante una distribución no uniforme de material ferromagnético dispuesto en la proximidad de la superficie interior de dicha carcasa, tal como para modular localmente un campo magnético macroscópico.