Способ создания вихревого электрического поля

Способ создания вихревого электрического поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е с>422361

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЙЬСТВУ

СОЮЗ C888TCIN%

СоцHBJINQTRчески%

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 01.07.71 (21) 1667315/26-25 (сl) . (. Кл. Н 05h 11100 с присоединением заявки— (32) Приоритет—

Опубликовано 05.05.75. Бюллетень М 17

Дата опубликования описания 03.11.75

Государственный комитет

Совета Мииистров СССР

153) 1К 621.384.6 (088.8) во делам иаобретеиий и открытий (72) Автор изобретения

А. М. Шендерович (71) Заявитель (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВИХРЕВОГО

ЭЛЕКТР ИЧ ЕСКОГО ПОЛЯ

Изобретение относится:к ускорительной технике, а,именно к способам ускорен|ия заряженных частиц с помощью индукционных ускорителей.

Известен, способ создания вихревого электрического поля IB IHíäóêöèîííîì ускорителе с ферромагнитным сердеч ныком путем перематпичиван:IH ферромагнетяка, применяемый в линейных бетатронах. По этому способу вихревое электрическое поле на оси сердечника получают путем создания с,помощью обмотки азимутальното импульсного магнитного поля, которое создает меняющийся во:времени магнитный поток в сердечнике.

Однако пр1и получениями,вихревых электр ических полей на ос и сердечников таким способом ускоряющее напряжение на,одну ячейку не превышает приложенного к ячейке нмс1ульсного напряжения. Кроме того, дополнительные ограничения связаны с насыщением ферромагнитных сердечников.

П редлагаемый способ заключается B созда нии:,вихревого электрического, поля путем возбуждения .свободной прецессии магнитного момента намагниченного,до насыщения магнетика вокруг вектора внешнего мапнитного пол я.

Известно, что если между, направлением магнитного поля и на правлением магнитного момента имеется отличный от нуля угол, то пс следний,прсцсс" ирует вокруг направления магнитного поля. Вс время;: рецессии изменяются во времени проекции магнитного момента М„, .11.,„Л1, .то приводит к появлению вихревых электри- ескпх полей.

Способ создания вихревого электрического поля заклочается в следующем, Ферромагнитный сердечник намагничивают до насьпценпя внешним магнитным полем

Нь После этого в материале сердечника создают .импульсное магнитное поле, не совпадающее по направлечию с магнитным моментом фсрромагнптного сердечника. В результате начинается прецесспя магнитного момента ферромагнетнка .вокруг результирующегс вектора магнитного поля. Если вовремя нарастания нмпульснсго 11сля Бе меньше четверти периода прецессии магнитного момента фес1ромапнетика, то возникающие при этом впхрс2о вые электрические поля имеют значительну1с величину и их можчо использовать для уско рения за.ряженчых частиц.

Для пояснения предлагаемого способа создания вихревого электрического поля,рассмотрим, напрнмер, цилнндрпческий феррптовый сердечник,с отверстием вдоль оси, нзоб раженный на чертеже, где R u r —,наружный и внутренний радиусы феррита, 1 — его длина

ЗО вдоль осп Z, область, занятая фе рритом, за422361 штрихсвана, о — обмотка, намотанная по погерхпости сердечника.

Ecëè феррит рполностью насыщен, то изме— > пение его магнитнo,"0 момента М во времени описывается ура внением Ландау H Лифшица — MH

10 где у=1,77 107 эрст сек — гиромагнитнос отношение (поскольку нас HHTepeоует только один период прецессии, IB выражении (1) не учтен диссипативный член).

Пусть имеются две компоненты магнитного поля Н.,- и Hz,,которые, начиная с нскоторого момента t=0, остаются постоянными.

Co c T a B JI H Io III B sI Н ., Mож е т, н я п p Ht I ep, виться током пучка,:пролетающего 1вдоль оси

7., а Н вЂ” обмоткой, оохватывающей сердеч- 20 пк.

Расписывая gpalBHCHHe (1) в цилирндр11 1сс.."их координатах î, cp, Z и не учитывая для про готы рязмагни ги1вающих,полей, получаем

—" — Н(H Н И H,M=,) з1117Н, (2) 2

= — (h,Í,M „— Н,„-М„) з1п7Н1, где H=)/ Н,+Н»; M„, М,, — значение М„

М, прои г0;

Мр, предполага1от равным нулю.

С помощью выражения (2) имеем,для:ин- з5 дуци рованного,ня пряжения, приложен ного вдоль оси Z

U, = — 10 — l(R — r) --.- - =

dB,, dt

= — 4л 10 t (R — r) (Н,М,,—

40 (3) Не1И;,) si 117Ht, я для,напряжения,на обмотке, создающей Н, 45 (l . = —.1() — JI V(R — Р )

dB, dt

= — 4х- 10 И(К вЂ” r ) — "-(Н М.-—

50 (4-) — Н М,,)silIyHt, где N — число витков îбмотки.

Таким образом, благодаря прецессии маг- 55 нитного момента намагниченного до насыщения фер ритового сердечника на его оси;возп1икает,в их ре1вое электрическое поле, которое можно использовать для ускорения заряженных частиц. Как видно из формулы (3), ус- 60 коряющее поле возрастает с увеличением поперечного р азмер а ф ер1рнта, приложенного магнитного поля, намагниченности насыщения феррита и,может иметь значительную нел ичину.

Сра1внение с формулой (4) показывает, что нарпряжение на обмотке, созда1огцей НЯ, .;ожет быть, сделано существенно меньше уско1ряющего напряжения, Поэтому для получения большого нагдряжения на оси к обмотке, создяlощеи Hg, неооходимо прикладывять знячителыно,менышее на пряжение. Это является существенным преимуществом по сравнен ию с линейным бетатроном, в котором ускоряющее на пряжение,на ячейку,не п ре вышает приложенного. К роме того,,в предлагаемом способе этот полезный эффект рдостигаегся путем 11амагничи1вания ферромагнетика до насыщен ия, т. е. 1в отличие от известного спо.соба, где насыщение сердечника является вредным фактором, в данном случае насыщенрие ферромагHeòèêà и создает полезньш эффект.

Возможны д|ва конкретных, варианта осущеcTraления предлагаемого .способа ускорения.

ПО пцз вому Н3 них через Оомотку, намотанную на паверхHoсти ферритового сердечника, пропускают, постоянный ток, который намагничивает фер рит до насыщения в аксиальном IHBрлра влении Z. Поэтому в начальный момент

:имеется только компонента намагниченности

М „а М, =О. Затем вдоль оаи сердечника пропускают ускоряемый пучок, который создает поле Н . В резурпьгате начинается преце ссия магнитного момента и возникает BHхревое элект1ри1еекое поле рна оси. преимуществом этого варианта является тот факт, что для создания ускоряющих полей HiGIIQ JI bagloTcs To JI b Ko 1исто чни>к Ilo cTQH H Hoго тока и ток самого пучка, т. е. не требуется никаких высокочастотных, импульсных и подоб ных питающих устройств. Однако, как видно из формулы (3), при М, =О,eplBbIII полупериод элект1рического поля является тормозящим.

Чтобы не прерывался ток лучка, а следо,вателыно, яе исчезало поле Н, энергия инжектируермого,пучка должна быть достаточно велика. Второй полупериод ярзляется уокоряющим, он и лспольз1уется для ускорения. Этот ва риант позволяет 1поэтому только удвоить энергию инжектируемого пучка.

Для ускорения при малой энергии пнжектируемых частиц можно применить второй вариант способа. По этому варианту кольцевой фе1рритовый сердечник сначала намагничи вают до iHacblщен ия в азимутальном направлении путем пропуокя1ния вдоль его оси ускоряемого лучка. Затем включа1от с помощью одновитковой обмотки импульсное магнитное поле ансиального направления Н .

Вследствие этого возбуждается лрецессия рмагнитного момента и появляется вихревое электрическое ускОряющее поле на оси,сердечннков. Как видно из формулы (3), при

М, =0 первый полупе1риод этого поля является ускоряющим. Поэтому даяный вариант обеспечивает ускорение при малой энергии

422361

Предмет изобретения

Составитель A. Шендерович

Редактор Т. Рыбалова Техред А. Камышникова Корректор И. Спмкпна

Заказ 943/1416 Изд. № 858 Тираж 869 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. Фил. пред. «Патент» инжеквируемых частиц и может дать увеличение их энергии iB большое число раз.

GIIocoo создания вихревого электричеокого поля в индукционном ускорителе с ферромагнитным сердечником путем перемагничивания ферромагнетика, отличающийся тем, что ферромагнитный сердечник намагничивают до на,сыщения, затем в нем возбуждают импульсное магнитное поле с временем нарастания, меньшим четверви 1периода прецессии:магнитного момента фер ромагнетика, не оавпадающее IIIî на правлению с мапнптным моментом ферромагнитного сердечника.