Устройство для ускорения заряженных частиц на базе циклических ускорителей

Устройство для ускорения заряженных частиц на базе циклических ускорителей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ НА БАЗЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЕЙ, содержащее источник заряженных частиц, п ускоряющих вакуумных камер, где п 2,3..., N, расположенных в межполюсных заэ-ра: маг-f нитной системы, выполненной в виде двух ферромагнитных балок с укрепленными на них 2п полюсами, на которых размещены обмотки возбуждения, и систему питания, отличающееся тем, что, с целью упрощения койструкции и улучшения условий эксплуатации за счет упрощения процесса настройки магнитной системы, в промежутках между соседними парами полюсов обе ферромагнит1/ые балки соединены перегородками из ферромагнитного материала. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что на полюсах установлены дополнительные корректирующие обмотки. О) 4: оо СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3499644/18-21 (22) 18. 10. 82 (46) 07.12.86. Бюл. К- 45 (72) А.С.Федоров, N.Ô.Ворогушин, О.А.Гусев и А.В ° Степанов (53) 621.384.6(088.6) (56) Шалаев И.А. и др. "Препринт

ОИЯИ Р9-6062, 19 1.

Москалев В.H., Стереобетатрон.

Ж.Т.Ф., 1956, т. 26, с. 2060-2061. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСКОРЕНИЯ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ НА БАЗЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ

УСКОРИТЕЛЕЙ, содержащее источник заряженных частиц, и ускоряющих вакуумных камер„ где n = 2,3..., N, расположенных в межполюсных зазора: маг„„Я0„„1106439 А Ю+ Н 0 Í 13 00 нитной системы, выполненной в виде двух ферромагнитных балок с укрепленными на них 2п полюсами, на которых размещены обмотки возбуждения, и систему питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и улучшения условий эксплуатации за счет упрощения процесса настройки магнитной системы, в промежутках между соседними парами полюсов обе ферромагнитные балки соединены перегородками из ферромагнитного материала.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что на полюсах установлены дополнительные корректирующие обмотки.

11

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при сооружении ускорительных комплексов на базе циклических ускорителей.

Известно устройство для ускорения заряженных частиц, содержащее источник заряженных частиц, два циклотрона, соединенных каналом транспортировки, Первый циклотрон, выполняя роль инжектора, ускоряет многоразрядные ионы, получаемые иэ источника. Выведенный пучок транспортируется магнитно-оптическими системами по каналу транспортировки во второй циклотрон, в котором, пройдя предварительную обдирку на фольге для повышения зарядности ионов, ускоряются до конечной энергии.

Основным недостатком этого устройства является то, что он создан на базе двух циклотронов, сооруженных для автономной работы и поэтому расположенных на расстоянии 70 м друг от друга. Это потребовало создания дорогостоящей системы транспортировки пучка и решения чисто технических трудностей в ее реализации.

Наиболее близким известным техническим решением является устройство для ускорения заряженных частиц на базе циклических ускорителей тина бетатрон, содержащее источник заряженных частиц, две идентичные ускоряющие вакууйные камеры, расположенные в межполюсных зазорах магнитной системы, выполненной в виде двух ферромагнитных балок с укрепленными на них двумя парами полюсов, на которых размещены обмотки возбуждения, и системы питания. Это устройство получило название "Стереобетатрон".

Объединение двух бетатронов одним магнитопроводом позволило уменьшить весогабаритные характеристики стереобетатрона. Кроме того, сокращается потребность в площадях для ее размещения.

Однако прототипу присущ ряд существенных недостатков: невозможно исправление током обмоток возбуждения фазовой неоднородности ведущего магнитного поля в межполюсных зазорах, необходима установка между балками специальных немагнитных конструктивных элементов типа распорок.

Цель изобретения — упрощение конструкции и улучшение условий эксплу06439. атации эа счет упрощения процесса настройки магнитной системы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для ускорения заряженных частиц на базе циклических ускорителей, содержащем источник заряженных частиц, и ускоряющих вакуумных камер, где п = 2,3..., N расположенных в межполюсных зазорах магнитной системы, выполненной

10 в виде двух ферромагнитных балок с укрепленными на них 2п полюсами, на которых размещены обмотки возбуждения, и систему питания, в промежутках между соседними парами полюсов обе!

5 ферромагнитные балки соединены перегородками иэ ферромагнитного материала.

Кроме того, на полюсах установлены дополнителвные корректирующие обмотки, Введение перегородок, выполняющих функции магнитных шунтов, позволяет исправлять фазовую неоднородность ведущего магнитного поля в любом иэ межполюсйых зазоров без его искажения в других зазорах. Кроме того, отпадает надобность в специальных межбалочных распорках, так как их роль будут выполнять магнитные шунты.

В зоне рабочих зазоров установлены дополнительные обмотки. Ими производится тонкая подстройка ведущих магнитных полей.

На чертеже изображен общий вид ус" тройства для ускорения в тандемном исполнении (N = 2).

Оба ускорителя имеют общую магнитную систему, выполненную из двух балок 1, по концам которых установлены две пары полюсов 2. Между полюсами каждой пары образованы: зазоры 3, в которых размещены вакуумно-ускоряющие камеры 4. Магнитные потоки 5 и 6 воз45 буждаются основными обмотками 7 и дополнительными 8. Между верхней и нижней балками установлен магнитный шунт 9.

Ускоряемые заряженные частицы

50 удерживаются на орбитах ведущими магнитными полями, созданными общим магнитным потоком. Последовательно проходя через оба межполюсных зазора, поток для одного из них является прямым 5, а для другого обратным 6.

Магнитный шунт 9 конструктивно выполняется в виде магнитопроводящей стальной перемычки между балками магТехред В.Кадар Корректор М.Шароши

Редактор С.Тиглона

Закс: 6590/1 Тираж 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 110 нитопровода. Принцип его работы заключается в том, что если магнитные потоки, возбуждаемые обмотками каждого ускорителя, неодинаковы, то разностная их часть замыкается через данный шунт. Этим и обусловлена возможность проводить независимую регулировку ведущих магнитных полей в межполюсных зазорах.

Магннтные шунты выполняют и чисто 1О конструктивную роль: они несут нагрузку от веса верхней части магнитопровода и возникающих электромагнитных сил, обеспечивают постоянство межполюсных зазоров. 15

У вершин полюсов, ближе к зазорам, установлены дополнительные обмотки.

Такое расположение увеличивает их эффективность при тонкой подстройке ведущих магнитных полей. Это стало воз-2О можным благодаря наличию магнитного шунта.

Применение данного устройства может быть многоцелевым и зависит от .

его назначения и настройки, а также д от заложенного принципа ускорения (циклотронного, синхроциклотронного или бетатронного).

При автономном режиме работы имеется возможность получения N пучков,,3Q характеристики которых (тнп ускоряемых частиц, их энергия и ток) могут бьггь как одинаковыми, так и различными. При этом пучки можно направить на облучение одной мишени.

Автономный режим работы может най3$ ти применение в решении прикладных задач народного хозяйства, например повыше.:ие выхода радионуклидной продукци создание стереоскопических де40 дефектоскопон, основанных на принципе радиографии, использование для тера, певтических целей в онкологических центрах и др.

При ускорении тяжелых ионов до большей энергии основными трудностями являются создание дорогостоящих элек6439 4 тромагнитов с большим HR и технические сложности получения ионов с высокой зарядностью из ионного источника.

В данном ускорительном устройстве при циклотронном его использовании и при режиме работы, когда один циклотрон выполняет роль инжектора, укаэанные трудности в большей степени преодолены.

В качестве базового объекта взят действующий с 1979 в Объединенном институте ядерных исследований цнклотрон многозарядных ионов с диаметром полюсов 400 см (У-400). Энергия ускоренныф ионов на циклотроне составляет

650Z /АМэВ (Z — заряд, А — атомное число). На циклотроне ионы Ar могут быть ускорены до энергии 400 МэВ (10 МэВ на нуклон). Электромагнит циклотрона весит 2000 т и имеет габариты 11 х 4, 5 х 6 м .

В рассмотренном устройстве в тандемном циклотронном исполнении (N

= 2) с диаметром полюсов 150 см по расчетным данным оно будет весить

200 т и иметь габариты 5 х 2, 5 х Змз. На циклотроне-инжекторе ионы Ar

Как видно из сравнения с базовым объектом, предложенное устройство при увеличении энергии ускоренных ионов в 1,25 раз, имеет вес магнитопровода на 1800 т меньше. Стоимость сэкономленного металла, без учета затрат на обработку, составляет около

200 тыс. руб.

Кроме того, снижение весогабаритных характеристик уменьшает капитальные затраты на строительство дорогостоящего здания, снабженного биологической защитой.