Многооборотный ускоритель-рекуператор

Многооборотный ускоритель-рекуператор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке ускорителей-рекуператоров. Наиболее перспективным применением последних является создание новых источников электромагнитного излучения.

Ускорители-рекуператоры отличаются от других типов ускорителей тем, что заряженные частицы в них сначала ускоряются (например, в высокочастотных резонаторах), затем используются, например, для генерации электромагнитного излучения, после чего снова замедляются, возвращая энергию в ускоряющую систему. Одна из возможных схем такого ускорителя-рекуператора показана на фиг.1. Для сокращения размеров ускоряющей системы (высокочастотных резонаторов) могут использоваться схемы с многократным прохождением пучка через ускоряющую систему, как это показано на фиг.2. Пример такой установки - Новосибирский лазер на свободных электронах (Gavrilov N.G. et al., Status of the Novosibirsk high-power terahertz FEL. Nuclear instruments and methods in physics research. Sec. A. - 2007. - Vol.575, No 1/2. - P.54-57). Это устройство было выбрано в качестве прототипа. Принципиальное отличие предлагаемого устройства от прототипа - наличие отдельных дорожек для ускоряемых и замедляемых частиц. Использование такой системы позволяет разделить ускоряемые и замедляемые частицы, что обеспечивает независимое управление ускоряемыми и замедляемыми частицами, в частности независимые фокусировку и коррекцию траекторий и длины дорожек.

Техническим результатом изобретения можно считать получение необходимых параметров пучка.

На фиг.1 схематически изображен однооборотный ускоритель-рекуператор, на фиг.2 - схема многооборотного ускорителя-рекуператора, на фиг.3 представлен многооборотный ускоритель-рекуператор с двумя ускоряющими системами и отдельными электронно-оптическими каналами для ускоряемых и замедляемых частиц, на фиг.4 изображена еще одна возможная геометрическая конфигурация ускорителя-рекуператора с разделенными электронно-оптческими каналами для ускоряемых и замедляемых частиц, использующая четыре ускоряющие структуры. На всех фигурах схематично изображены: 1 - инжектор электронов низкой энергии, 2 - ускоряющая система, 3 - устройство, использующее электроны (например, ондулятор), 4 - поглотитель замедленных электронов.

Один из вариантов реализации данного устройства схематично представлен на фиг.3. Пучок электронов с энергией E₀ из инжектора 1 попадает в первую ускоряющую структуру 2, где энергия частиц увеличивается на некоторую величину ΔE, затем система поворотных магнитов направляет пучок во вторую ускоряющую структуру 2, где энергия частиц снова увеличивается на ΔE. Аналогичным образом частицы, проходя еще раз через обе ускоряющие структуры, приобретают энергию E₀+5ΔE. После этого пучок используется в устройстве 3 и опять поступает в первую ускоряющую структуру. Длина магнитной дорожки, где стоит устройство 3, выбирается так, что электронные сгустки проходят ускоряющую структуру в тормозящем поле. Тогда после прохождения первой ускоряющей структуры частицы имеют энергию E₀+4ΔE. Эта энергия отличается от энергий E₀+ΔE, E₀+3ΔE и E₀+5ΔE других частиц на выходе первой ускоряющей структуры. Поэтому замедляемый пучок может быть направлен во вторую ускоряющую структуру по отдельному электронно-оптическому каналу. Легко видеть, что в процессе дальнейшего замедления энергия замедляемых частиц на выходе из ускоряющей структуры будет значительно (не менее чем на ΔE) отличаться от энергий частиц в других пучках. Это обстоятельство позволяет использовать для каждого пучка свой отдельный электронно-оптический канал. После последнего прохождения через первую ускоряющую структуру пучок с энергией инжекции E₀ направляется в поглотитель 4.

Использование отдельных электронно-оптических каналов позволяет независимо настраивать длины последних и корректировать траектории всех пучков. Кроме того, электронно-оптические системы для ускоряемых и замедляемых пучков могут сильно отличаться. Это важно, например, если устройство 3 является лазером на свободных электронах. В этом случае электронная оптика при ускорении должна обеспечивать оптимальную группировку и сохранение эмиттансов, а при замедлении - прохождение отработанного пучка с большим энергетическим разбросом. Значительно упрощается и диагностика пучков.

Существуют и другие возможные геометрические конфигурации ускорителя, использующие тот же принцип разделения ускоренного и замедленного пучка. Схема такого устройства с четырьмя линейными ускорителями представлена на фиг.4.

Многооборотный ускоритель-рекуператор, отличающийся тем, что он содержит отдельные электронно-оптические каналы для ускоряемых и замедляемых частиц.