Способ возбуждения ускоряющего высокочастотного поля в периодической структуре линейного ускорителя ионов

Способ возбуждения ускоряющего высокочастотного поля в периодической структуре линейного ускорителя ионов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области ускорительной техники. Цель изобретения повьпаение КПД и увеличение стабильности режима ускорения ускор}пощего высокочастотного (ВЧ) поля в периодической структуре линейного ускорителя ионов. Она достигается тем, что.при создании магнитного поля (МП) его напряженность изменяют по длине по определенному математическому закону, при этом электроны генерирующего пучка (П) предварительно направляют по спиральной траектории вокруг силовых линий МП, а после выхода электронного П из ускорителя ионов его направляют в электродинамическую структуру с поперечным типом колебаний и фазовой скоростью продольной скорости П, помещенную в резонансное МП. В описании изобретения приведено математическое вьфажение для продольной составляющей напряженности МП. Изобретение может быть использовано для ускорения ионов, для генерации ВЧ-колебаний, для возбуждения быстрых и медленных циклотронных волн плотности заряда в электронных П, 2 3,П ф-лы. х; оо . со ел О5 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 05 Н 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ а м

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

lIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3651716/24-21 (22) 10.10.83 (46) 07. 10.87, Бюл. К- 37 (72) Б.И.Иванов и И.Н.Онищенко (53) 621.384.6(088.8) (56) Гришин В.К. и др. Ускорение ионов электронным пучком в спиральном волноводе. В кн.: Труды совещания по коллективным методам ускорения. Дубна: 1982, с. 156-159.

Капчинский M.È. Коллективное ускорение ионов в медленной циклотронной волне трубчатого электронного пучка. Канд. дис.,1982. с. 51., (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ УСКОРИОЩЕГО

ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ПОЛЯ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЕ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ

ИОНОВ (57) Изобретение относится к области ускорительной техники. Цель изобретения — повышение КПД и увеличение стабильности режима ускорения ускоряющего высокочастотного (ВЧ) поля

„9,Я0„„13435 9 А1 в периодической структуре линейного ускорителя ионов. Она достигается тем, что.при создании магнитного поля (MII) его налряженность изменяют по длине по определенному математическому закону, при этом электроны генерирующего пучка (П) предварительно направляют по спиральной траектории вокруг силовых линий ИП, а после выхода электронного П из ускорителя ионов его направляют в электродинамическую структуру с поперечным типом колебаний и фазовой скоростью продольной скорости П, помещенную в резонансное MII. В описании изобретения приведено математическое выражение для продольной составляющей напряженности MII. Изобретение может быть использовано для ускорения ионов, для генерации ВЧ-колебаний, для возбуждения быстрых и медленных циклотронных волн плотности заряда в электронных П.

2 з.п. ф-лы.

1343569 чики.

В данном примере v>0, S=-1, n=1 ч>0, S=1 п---1.

Соотношение (1) выполняется по всей длине ускорителя. При этом электронным пучком на циклотронной неустойчивости с высокой степенью ьы -з избирательности, (— -10 — 10 ) воз15

Я буждается основной тип колебаний (n=+1) за время меньше 0,1 мкс. Струк тура полей вблизи оси обеспечивает дпя ускоряемых ионов кулоновскую и резонансную высокочастотную радиальную фокусировку.

Предельный ток ускоряемого пучка в данном случае определяется только его продольной устойчивостью. Ускорение ионов может быть осуществлено на +1-й пространственной гармонике.

Напряженность магнитного поля, исходя из соотношения (1), при v>0, $=-1, n=i создают такой, чтобы в 1-й секции ускорителя происходила генерация

ВЧ-поля на +1-й пространственной и — 1-й циклотронной гармониках. Генерация сопровождается уменьшением продольных и увеличением поперечных импульсов электронов, в результате чего

35 во 2-ю секцию поступает пучок электронов, закрученных вокруг силовых линий магнитного поля.

k3î

2пп

+ —-. О(Z) продольная постоянная распространения п-й пространственной гармоники, м продольная постоянная рас- 40 пространения нулевой пространственной гармоники, м, k7o 0 в положительном направлении оси Z длина периода структуры, м, 45 увеличивающаяся в положительном направлении оси Z," поперечная постоянная распространения п-й пространственной гармоники, м- ; 50 частота колебаний, рад с ; релятивистский фактор;. продольная скорость электронного пучка, м с, v>0 в положительнОм, v(0 B QT 55 рицательном направлении " оси Z заряд электрона, Кл; масса покоя электрона, кг; и

v(Z) Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для ускорения ионов, для генерации высокочастотных (ВЧ) колебаний и возбуждения быстрых и медленных циклотроннык волн плотности заряда в электронных пучках.

Цель изобретения — повышение КПД возбуждения ВЧ-поля и увеличение стабильности возбуждаемого ВЧ-поля ускорения..

Пример. Возбуждение ВЧ-поля в протонном ускорителе на Н-волне, состоящем из трех резонаторных секдий и ВЧ-рекуператора, работающих на одной частоте, производится интенсивным электронным пучком. Электронный пучок энергией 1 МэВ и током 40 Л инжектируется в направлении ускорения протонов. Продольное магнитное поле Н создается внешним соленоидом и изменяется по длине соленоида в соответствии с соотношением

Н (Z)= — Q-k v(Z)+- — — — х пяГ СО Я

eSI Q k„v(Z)

2 (— 1) 1 -х

2 (k+» ) где Z — пространственная координата вдоль оси системы, м;

H (Z) — продольная составляющая напряженности магнитного поля в функции от Z, Тл; ц — ленгмюровская частота в электронного пучка рад с п — номер пространственной гармоники

S — номер циклотронной гармоВо 2-й секции напряженность магнитнОГО поля,исхОдЯ из (1) при v>0р

S=-1, n=-1 создают такой, чтобы осуществлялась генерация ВЧ-поля на

-1-й пространственной и +1-й циклотронной гармониках. При этом изменяется величина, но не направление маг— нитного поля. Одновременно происходит преобразование поперечных импульсов электронов в продольные.

В 3-й секции ускорителя напряженность магнитного поля, снова соответствует генерации ВЧ-поля на +1-й пространственной и -1-й циклотронной гармониках и преобразованию продольных импульсов электронов в поперечные. В целом по длине ускорителя напряженность магнитного поля уменьшается в соответствии с увеличением длины периода структуры. з 13435á9

После выхода из 3-й секции элект= ронный пучок с целью эффективного от-. бора у него оставшейся мощности направляется в ВЧ-рекуператор, представляющий собой ВЧ-структуру с фазовой скоростью, большей или порядка скорости электронов, с чисто поперечным типом колебаний на частоте, равной рабочей частоте ускорителя, и внешним магнитным полем, соответствующим соотношению (1). В ВЧ-рекуператоре происходит окончательное торможение пучка, а образовавшуюся ВЧмощность по ВЧ-тракту передают в уско ритель, тем самым повышая общий КПД. где Z— пространственная координата вдоль оси системы, м; продольная составляющая напряженности магнитного поля в функции от Z, Тл; продольная скорость электронного пучка, м с, vv0 в положительном, vs в отрицательном направлении оси Z; заряд электрона, Кл; масса покоя электрона, кг;

Н (Z) 2 ч (Z) е

m—

Составитель Е.Громов

Редактор П.Гереши Техред М.Дидык Корректор М.Пожо

Заказ 4837/57 Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4

Формула изобретения

1. Способ возбуждения ускоряющего высокочастотного поля в периодической структуре линейного ускорителя ионов преимущественно на волне типа Н, включающий создание магнитного поля и продольную инжекцию интенсивного электронного пучка, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПД и увеличения стабильности режима ускорения, напряженность магнитного поля изменяют по длине согласно выражению ш Г $г

Н (Z)= — и-k v(Z)+ — — — — х

eSL u-k„v(Z), (Уг 1) kг -хг71 „1

2 г (k> +хг ) — релятивистский фактор;

Q — частота колебаний, рад с

k=k +

2 ï

+- — — — продольная постоянная рас0 (Е) пространения и-й пространственной гармоники, м — продольная постоянная распространения нулевой пространственной гармоники, м, k> >0 в положительном направлении оси Z;

Р(Е) — длина периода структуры, м, увеличивающаяся.в положительном направлении оси Z; х„ — поперечная постоянная распространения п-й пространственной гармоники, м

Q — ленгмюровская частота

20 электронного пучка, рад с ;

n — номер пространственной гармоники, преимущественно п=+1;

S - -номер циклотронной гармоники, преимущественно S=+1 причем режим распределения HZ(Z), соответствующий v)0, S+0, п>0, или ре- жим распределения Нг(Z), соответствующий v>0, $ 0, пс0, задают на всей

З0 длине системы либо чередуют данные режимы по длине системы.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что электроны генерирующего пучка предварительно на35 правляют по спиральной траектории вокруг силовых линий магнитного поля.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПД путем преобразования остаточ40 ной кинетической мощности в высокочастотную, электронный пучок после выхода из ускорителя ионов направляют в помещенную в резонансное магнитное поле электродинамическую структуру

45 с поперечным типом колебаний и фазовой скоростью, равной продольной скорости пучка.