Способ медленного вывода электронов из синхротрона и накопителя

Способ медленного вывода электронов из синхротрона и накопителя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способу медленного вывода электронов из синхротронов и накопителей и может быть использовано п ускорительной технике. Цель изобретения - увеличение эффективности и качества выведенного пучка. Сущность изобретения заключается в уменьшении эмиттаиса пучка и стабипизэцим углового отклонения электродов на входе в септум-магнит о течение оынодя путем возбуждения ради ациопной раскачки радиальных бегатронных колебаний с использопанием дополнительных магнитный полей, осуществляющих управлением инкрементом нарастания колебании 4 ил

СОЕОЗ С01!(- ТСКИХ

СОЦИ/ ЛИС и Е СКИХ

РЕС! !УГ1/1ИК (5!)5 Й 05 Н 7/00

ГОСУДАРCTBF1-ГНЫЙ КОМИТЕ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 8,, %ахи, I

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (!!6) 23 ° 07.92. Бюл. 1т 27 (21) 4754522/21 (22) 31.10.89 (72) В.П,Белов, А.A,Ìàêîðîâ, В.Ц.Никогосян и X.À.Ñèìollÿí (53) 621,384.6(088.8) (56) Л,Машко и К.Сайман. Система выводы для ускорителя на энергию 200 ГзВ. Труды 1

Всесоюзного совеи!ания по ускорителям заряженных частиц. M.: 1969.

Р.О.Абрамян, А.А.Апакова и др, Система выводы электронов из Ереванского синхротрона. Труды II Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. Т, il ° с. 187, M.; 1972. (54) СПОСОБ MEQJlEHHOi ВЫВОДА

ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ СИНХРОТРОНА И НАКОПИТЕЛЯ

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к способам вывода пучков ускоренных частиц иэ электронных ускорителей и накопителей.

В ускорительной технике известен способ резонансного медленного вывода пучка из протонных синхротронов, испольэу1ощий возбуждение нелинейного резонанса радиальных бетатронных колебаний. Этот резонанс приводит к появлению., области устойчивости для колебаний с малыми амплитудами и непрерывному росту амплитуды колебаний вне этой области. Перед началом медленного вывода (расстройка or резонанса д=-д ) пучок заполняет область устойчивости. С помощью специальных магнитных систем (веагп - numrp) локально в зоне выводного септум-магнита равновесная орбита смещается к его нсжу на расстояние, ; остаточное для обеспе: е!1ия требуемого

50 „1687015 Al (57) Изобретение относится к с особу медленного вывода электронов иэ синхротронов и накопителей и может быть использовано в ускорительной технике, Цель изобретения — увеличение эффективности и KA чества выведенного пучка. Сущность изобретения заключается в уменьшении эмиттаиса пучка и стабилиза!1ии углового отклонения электродов на входе в септум-магнит в течение вывода путем возбуждения ради ационной раскачки радиальных бетатронных колебаний с использованием дополнитель1гых магнитный полей, осуществляющих управлением инкрементом нарастания колебаний, 4 ил, резонансного возрастания амплитуды ради. альных колебаний, Включением магнитных квадрупольных линз, изменяющих частоту радиальных бетатронных колебаний, уменьшают расстройку д от резонанса. При этом область устойчивости сжимается, и часть частиц пучка оказывается вне атой области, их амплитуды колебаний возрастают, они забрасываются в септум-магнит и выводятся наружу. Однако, в электронных синхротронах существенное влияние на движение частиц оказывает их синхронное излучение в заворачивающих магнитах, Оно приводит к раскачке радиальных бетатронных колебаний и этот естественный эффект можно использовать для перевода частиц из области устойчивости в неустойчивую область без введения магнитных квадрупольных линз, Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, яв1 587015 ляется способ медленнг) н»)иэдл пучка ускоренных частиц из Грел; неко)о элскгронного синхротрона, закл)о люв(ийс» ) возбуждении ))елинейного резонанса 3 a,; — n, где

1г„-- ЧИСЛО радИа lbH»IÕ бвтатООННЫХ КОЛЕбаний, n — номер резонансной гармоники секступольного возмущения маг )итного поля.

Он осуществляется также как и для протонHblx синхротронов, радиационная раскачка радиальных колебаний при выводе не используется. Для выбранных параметров ускорителя и энергии электронов < 2 ГэВ она оказывает малое влиян,)е на процесс медленного вывода. Для энергий > 2 ГэВ радиационная раскачка существенна и ее стремятся скомпенсировать с помощью дополнительных магнитных полей, сформированных на орбите синхротрона, упр,пэляющих синхротронным излучением электронов так, чтобы можно было изме))я гь инкремент их радиальных бетатронных voëåáàíèé, Эти поля созда)отся демпфирующими (или антидемпфирующими) устройс) вами. Поэтому медленный вывод производят так же, как в протонных ускорителях по cl àíäàðríoé схеме. непрерывно уменыиая расстройку д or резонанса. При этом B течение вь)вода непрерывно изменяется угловое отклонение частиц пучка на входе в септум-магнит, что приводит кухудшени)о качества выведенного пучка: увеличение его эффективного

; эмиттанса, Целью изобретения является уменьшение змиттанса выводи)ëoão пучка и сохранение постоянным углового отклонения частиц на входу в сентум-магнит в течение вывода.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе резонансного медленного вывода перевод электронов из области устойчивости в неустойчивую область осуществляется путем возбуждения радиационной раскачки радиальных бетатронных колебаний с помощью антидемпфирующих устройств при постоянной расстройке от резонанса и неизменных угловом отклонении г частиц пучка и радиальном положении .1 границы сепаратрисы на входе в септуMмагнит. Магнитные квадрупольные линзы наведения на резонанс здес,ь не нужны.

Использование свойств синхронного излучения в кольцевых магнитных структурах для целей медленного вывода позволило получить пучок с малым эффективным эмиггансом и постояннь)м угловым отклонеHMOM.

Предлагаемый способ отличается от известно тем, что с помов",ь)о,демпфирующих (или антидемпфи ру)огцих) устройств возбуждается радиационная раскачка радиальных бетатронных колебаний, Укороченные уравнения Боголюбова5 Крылова, описыва)ощие поведение амплитуды а =- 6/3„и фазы Фх радиальных бетатронных колебаний вблизи резонанса

3 v> =- n c учетом радиационной раскачки, имеют вид:

, = - -F";, {I)-.„„)м(+aug Е„, )г )Г„) ьгг (гР-at q FÄ)), с)(Р ()И IE. Icов(Рг

"ггэ гг(г) ) 0 ) сов (ЭгЭ-aug F„)) 15

Здесь

5 5 ) г<> - K

З= о 4 ГК о о p арпа х

45 Укороченные уравнения получены при . усреднении уравнений радиальных бетатронных колебаний по одному обороту для учета влияния сопутствующего резонанса, первого порядка v)(= n/3, возбуждаемого

50 той же квадратичной нелинейностью магнитного поля — слагаемые с Еуз.

Здесь S — азимутальная координата; 8— радиальный эмиттанс пучка, усредненный

5-"э по фазам бетатронных колебаний и по ансамблю статически излучаемых квантов, Ro— средний радиус синхро1рона; R — радиус кривизны в его заворачи)эающих магнитах; (HR) — магнитная жесткость электронов;

<< >= — гГ I-(f-2n) >

2 (,э

R,. —,(v М -I<)l vv Iq I q")), Г= — о — — g Р = p (p(5) — я 1икциа Флвке, .

35 " о г» (3 Н, Ю

4 ) (НR I> P е о " а

=Ьэ iA, Я Р, 40 1 "o 1 н ;, )эь

4;г J ) гг,р)(-д г) )Э

1{»}}Ю }. (P }}, — сакступольнал нелинейность

rj x л1агнитного пола;/4 радиальная амплитудная функция, Х - ев фа. л, >/ - дисперсионная

5 е h функция синхротрона, г„- ----„-. Л =----— п» сй гт} с классический радиус электрона w его комптоновская длина волны, угловые скобки оз начают усреднение по кольцу синхротрона.

D и < gx > — параметры, у»гитывающие соответственно квантовую и классическую радиационную раскачку радиальных бетатронных колебаний. В зависимости от параметров кольцевого электромагнита синхротрона или накопителя синхротронное излучение при условии компенсации потери энергии ВЧ-системой приводит к раскачке или затухани»о радиальных колебаний.

< (к > О отвечает затуханию радиальных колебаний, < (, > < Π— их раскачке. Для протонных ускорителей влиянием ра-. диационных эффектов можно пренебречь: D =- < (к > =- О. Гп определяет силу рабочего резонанса третьего порядка: 3 vx

= n, а Е,д — силу сопутству»он{его резонан" са первого порядка 1ъ =- и/3, возбуждаемых одной и той же квадратичной нелинейностью магнитного поля. Резонанс первого . порядка искажает динамику медленного вывода, приводит к изменению заброса в септум-магнит, неэквивалет»»ости асимптотичности уходящих ветвей сепаратисты и увеличению эффективного фазового обьема выводимого пучка, Его можно устранить при определенной расстановке или запитывании секступольных линз в кольцевом электромагните синхротрона. Эту расстановку секступолей мы будем называть оптимальной. Условия оптимальной расста- 40 новки секступолей, возбуждающих рабочий резонанс третьего порядка 3 1 к = rf; А В ™

"Ef»/3" О. В приближе»»ии тонких линз, при расстановке их в промежутках с одинаковы- „ ми значениями/3 функции они имеют вид:

Предполагаем их выполненными. В этом случае фазоные диаграммы, иллюстрирующие процесс медланног0 вь»вода беэ учета влияния синхротрон»»ого излученил, приведены на фиг. I, 2, 3. На фиг. 1 изображе»»а Фазпвая .илграмма резонанса 3» „16 беэ учета синхротро»»ного излучения (4 =,х - О) в координатах (г .- »/-.: . /7: х сов (Ф-- — агя F»»). Г = »/- -- в{л (ф-- - агг» f л)

1 - f r. 1

3 " W 3 дл» начальной расстройки д = г3„»»», со»зтввтствующей началу вывода, когдя пучок. аполняет область устой»ивости внутри сепаратрисы (заштрихованнь»й треугольник).

При непрерывном уменыоении расстройки д с помощью магнитных квадрупольных личз наведения на резонанс область устойчивости сжимается, часть пучка попадает вне новой сепаратрисы и выходит вдоль ее асимптотически уходящих ветвей (фиг. 2), где дана фазооал диаграмма резонанса

3 т, =- 16 без учета синхротронного излучения, 1 — выводимый пучок. Часть пучка, оставшаяся в области устойчивости, и пучок, выведенный к моменту времени, соответствующему расстройке О < д < д» »,, на фиг. 2 заштрихованы, Фиг. 3 отвечает окончанию медленного вывода 1 при значении расстройки = О. Сепаратриса вырождена в лучи

Ф вЂ” — a» g F = О, л/3, 2/3 л. г, 4/3 л:, 5/3 тг.

3 область ус1ойчивости свернута в точку, В течение вывода непрерывно изменяется yr ловов отклонение r частиц пучка и радиаль1 ное положение грайицы сепаратрисы на входе в сел тум-магнит, что приводит к изменени»о амплитуды заброса в септум-магнит, равномерности по интенсивности оывадимого пучка в течение длительности медленного вывода О < д < д»»;ч, и увеличению его эффективности эмиттанса. Выведенный пучок представлен заштрихованным прямоугольником площади на фиг: 3. Эмиттанс выводимого пучка e»» —— —. >. Sf = Л r Л r, W } где Ь r — заброс в септул -магнит, Л г —. угловое отклонение частиц на входе в него, W = 1 л1 — Вронскиан, Учет слагаемых О, < g, > приводйт к тому, что характерное резонансное строение фазовой диаграммы сохраняется, но движение на всей фазовой плоскости, включая и область малых ал1плитуд, становится неустойчивым, и в углах сепаратрисы пололлются щели (фиг. 4), где дана фазовая диаграмма резонанса 3 VX = 16 с учетом синхротронного излучения, расстройка д- д; . (образуется квазисепаратриса), через, которые электроны непрерывно вытека}ОТ из ооласти внутри нее под действием радиационной раскачки для < (х > < О или напротив, непрерывно переходлт внутрь (<

» О), обычно радиационную раскачку

1687015

30

Щ стремятся демпфировэть. изменяя энэченйе <ф > с помощью специальных демпфирующ!!х устройств так, чтобы амплитуда радиальных колебаний не возрастала или даже эатухэлэ, Однако радиационную раскачку мОжно сделать полезной, если к началу вы-.

ВОда откл1очить эти устройства и испольэовать рост амплитуды радиальных колебаний

ДЛЯ целей вывода. Тогда при постоянной р;!сстройке д через щели в квазисепэратрисе электроны будут непрерывно вытекать иэ области внутри нее в неустойчивую область, пбдхватываться резонансным механизмом и выводиться, Выводимый пучок изображен нЭ фиг. 4 заштрихованным прямоугольникам. Он Выводится при па(,"таяннаы угле г 41 .! поэтому с малым эффективным эмиттансом.

И пользование резонанса при этом неабходйма для группировки пучка и обеспечения б!4!строго увеличения амплитуды колебаний частиц, попавших в неустойчивую область, Предлагаемый способ медленного выв! да иэ электронных синхротронов может быть реализован следующим образом. Для предотвращения возрастания радиального размера пучка эа время ускорения в магнитной структуре кольцевого электромагнита синхратрона вводятся демпфирую1цие устройства. Их действие основано ка таком возбуждении синхротронного излучения электронов, при котором имеет место затухание р диэльных колебаний, Демпфирующие уст ойствэ можно выполнить и таким образ м, что их действие будет вызывать раскэчку радиальных колебаний (антидемпфирующие устройства). C помощью секступальных линз возбуждается резонанс 3 их =- и танк, чтобы колебания всех частиц пучка лежали в области устойчивости. В течение медленного вывода размер и ориентация области устойчивости сохраняется, Демпфирующие устройства откл!Очаются (или

Включаются антидемпфмрующие устройства) и под действием радиационной раскачки в углах сепаратрисы появляются щели и электроны непрерывно пере1зодятся через них из области квазиустойчивости в неустойчивую область..) миттанс выводимого

r ó÷êà 1 в этом случае равен площади заштрихованного прямоугольника на фиг. 4:

E11 = — ЛГЬг, где Л r — угловой разброс

W ! частиц в выводимом пучке. Л г — приблизительна в 10 раз меньше Л r (см. фиг. 3), и !

:-1миттэнс выведенного пучка В рассматриваемом случае - в 10 раэ меньше. че1 без использования радиационной раскачки.

Кроме того, B течение вывода остается постоянным угловое отклонение вь|водимого пучка на входе в септум-магнит, расстояние от границы квазисепаратрисы до наружного края септум-магнита, и не требу1атся квэдрупольные линзы наведения на резонанс, что облегчает работу системы медлегп1ого вывода. Предлагаемый способ медленного вывода может быть реализован на любам электронном синхротроне и накопителе.

Использование способа наиболее эффективно для синхротронов на высокие энергии электронов.

Использование предлагаемого способа медленного вывода на электронных синхротронов с учетом естественной радиационной раскачки радиальных колебаний обеспечивает по сравнению с существующими способами следук>щие п реимущества: постоянство расстояния от границы квазисепэрэтрисы до края септум-магнита в течение медленного вывода; постоянство углового отклонения электронов на входе в септум-магнит в течение медленного вывода; уменьшение эффективного эмиттанса выведенного пучка.

Формула изобретения

Способ медленного вывода электронов из синхротрона и !!экопителя, включающий введение в структуру магнитного поля кольца квадратичной нелинейности, которая удовлетворяет условию поворота фазовай диаграммы пучка на угол 2 л m/3 за оборот, где rn = 3k/m, k — целые числа, а также установку рабочей точки вблизи нелинейного резонанса радиальных бетатронных колебаний с вазможностью подавления сопутствующих резонансов низшего порядка,отл ича !о щийс ятем, чта, с целью увеличения эффективности вывода и качества выведенного пучка за с !ет.уменьшения его эмиттансэ и стабилизации углового отклонения электронов на входе в сектум-магнит в течение вывода, возбуждают радиацианну1о раскачку радиальных бетатронных колебаний с помощью дополнительных магнитных полей, сформированных . вдоль орбиты и осуществляющих управление инкрементом нарастания колебаний, возбуждаемых синхронным излучением, при этом расстройку рабочей точки от резона нса поддерживают г10с1 0 51 ни ой.

1rl87015

Ъ

1

1687015

Составитель В.Белов

Техред М.Моргентал Корректор T,Ìàëeö

Редактор А.Бир

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2826, " ; Тираж Подписное . ВНИИПИ i осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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