Способ ускорения тяжелых частиц в синхрофазотроне
Патент 499692
Авторы
Классы МПК
Способ ускорения тяжелых частиц в синхрофазотроне
Иллюстрации
Реферат
(») 499692
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ЬетОРСКОМХ СВИДатИЛЬСта
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.08.74 (21) 2058842/26-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл. Н 05Н 7/00
Государственный комитет
Совета Министров СССР
Опубликовано 15.01.76. Бюллетень № 2 по делам изобретений (53) УДК 621.384.6 (088.8) и открытий
Дата опубликования описания 06.10.76 (72) Авторы изобретения
A. И. Михайлов, Г. П. Пучков и К. В. Чехлов
Объединенный институт ядерных исследований (71) Заявитель (54) СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ЧАСТИЦ
В СИНХРОФАЗОТРОНЕ
Изобретение относится к области ускорительнои техники.
Возможность ускорения дейтронов, к-частиц и других ядер на действующих протонных синхро пронах с использованием в качестве инжекторов имеющихся линейных ускорителей приводит к необходимости значительного расширения частотного диапазона высокочастотной ускоряющей системы и, следовательно, к ее коренной реконструкции.
Известен способ двухэтапного синхротронного ускорения на разных гармониках ускоряющего поля, заключающийся в том, что первый этап ускорения начинают после инжекции частиц в камеру ускорителя на второй гармонике и продолжают до тех пор, пока частота ускоряющего поля либо превысит значение частоты в момент инжекции в два раза, либо достигнет верхней границы частотного диапазона. Во избежание потери пучка частиц переход ко второму этапу, связанному с понижением частоты ускоряющего поля в два раза и перестройкой ускоряющей системы с одной частоты на другую, осуществляют при выключенном (на время перестройки) ускоряющем поле в режиме постоянного во времени магнитного поля («стола»). Второй этап ускорения начинают с повторного включения ускоряющего поля после перестройки ускоряющей системы, осуществляя повторный захват пучка в синхротрный режим и ускорение при последующем росте магнитного поля. ilpH Iioвторном захвате частиц во второй этап ускорения и переходе магнитного поля от постоянного ко вновь растущему неминуемо происходит потеря частиц, и эффективность перехода от первого этапа ко второму составляет от 30 до ou%. В этом заключаются основные недостатки указанного способа ускорения, 1О для уменьшения потерь частиц при переходе от первого этапа ко второму увеличивают ведущее магнитное поле и в момент удвоения частоты обращения пучка по сравнению с частотои при инжекции ко второп гармонике дооавляют первую гармонику со сдвигом по фазе по опношени1о ко вгорои гармонике, равным JI,, IlpH этом сначала адиабатически увеличивают амплитуду первои гармоники, а затем также адиабатически уменьшают амплитуду Второй Гармоники.
Ускорение осуществляется на второй гармонике ускоряющего поля, т. е. также, как и на первом этапе двухэтапного режима ускорения. ilpH достижении двухкратного значения начальной частоты ускорения и использовании несинусоидальной формы ускоряющего поля осуществляют плавный переход к ускорению на первой гармонике при непрерывном
30 нарастании магнитного поля.
499692 сепаратрисы имеет вид: б 1 ) — +C
1 е1 1 где о, Е, Формула изобретения
eV1 — 2ЬЕз.
Первый интеграл фазового уравнения для — круговая частота ускоряющего поля; — полная энергия равновесной ча- 10 стицы; — прирост энергии равновесной частицы за один оборот; и 1
+ 2
1 — и
Fs=1
7 (2;.Rs -1- L) (и - -;, (1 — и)) n — показатель спада магнитного по- 20 ля по радиусу;
R — радиус, равновесной орбиты;
Š— суммарная длина прямолинейных промежутков; — относительная скорость равно- 25 весной частицы;
1 1, VII — соответственно амплитуды ускоряющего поля первой и второй гармоник;
1р — фаза ускоряющего поля; 30 (. „ — постоянная интегрирования для сепаратрисы.
Постоянная С„п определяется из условия, что rp=0 при р= — р., à ср, может быть найдено из уравнения
ЬЕ = е 1 cos р, + eVIIсоз(т — 2р,.), и таким образом
"и
С„, = cos <р + соз (т — 2
1 и
+ si1I y — — — з1п((— 2 р.,). (2)
$2 у 5
Форма и размеры области фазовой устой- 45 чивости всецело зависят от соотношения между амплитудами гармоник и фазового сдвига между ними. Очевидно, что наибольший фазоBbIH P33MeP IIRIteT МЕСТО IIPH =11.
Способ иллюстрируется чертежами (фиг. 1 50 и 2).
На фиг. 1 показаны области устойчивости, ограничиваемые сепаратрисами, вычерченными в соответствии с уравнениями (1) и (2) при у=л, для следующих пяти случаев: 55
1) VI =0; еГ11 =2AEs 2) VI = еК11=2hEs 3) VI == V1I; еК11 = — eVI = — 2bEs
4) VII =. VI (2; eVI — 2AEs 5) VII — О;
Как следует из фиг. 1, при ускорении в первом случае на второй гармонике (1=0) имеются два сгустка, соответствующие двум областям устоичивости, обозначенным цифрами
1. Если в ускоряющее напряжение ввести первую гармонику и постепенно увеличивать ее амплитуду, то эти области устойчивости будут сближаться (см. сепаратриоы 2, соответствующие второму случаю), пока не сольются в одну (см. область устоичивости 3, соответствующую третьему случаю). Если затем начать уменьшать амплитуду второй гармоники, оставляя амплитуду первой постоянной, то это приведет к дальнейшему изменению размеров и формы области устойчивости, как показано на:1риг. 1 (см. сепаратрисы 4 и 5 для четвертого и пятого случаев) . ла основании проведенного анализа предложено осуществлять плавный переход от ускорения на второи гармонике к ускорению на первои гармонике в режиме непрерывно нарастающего магнитного поля путем добавления в момент перехода ко второй гармонике ускоряющего поля первой гармоники и плавного увеличения ее амплитуды, а затем плавного уменьшения амплитуды второй гармоники до ее полного исчезновения. Выбирая соответствующее соотношение между амплитудами первои и второй гармоник (фиг. 2) и скорости плавного изменения амплитуд, можIo обеспечить постоянство или даже некоторое увеличение площади области устойчивости, что позволяет сохранить все частицы в процессе рассматриваемого перехода и, тем самым, повысить эффективность двухэтапного ускорения.
Способ ускорения тяжелых частиц в синхрофазотроне, заключающийся в двухэтапном синхротронном ускорении на второй гармонике ускоряющего поля на первом этапе и на первои гармонике — на втором, о т л и ч а ющийся тем, что, ic целью уменьшения потерь частиц при переходе от первого этапа ко второму, увеличивают ведущее магнитное поле и в момент удвоения частоты обращения пучка по сравнению с частотой при инжекции ко второй гармонике добавляют первую гармонику со сдвигом по фазе по отношению ко второй гармонике, равным л, при этом сначала адиабатически увеличивают амплитуду первой гармоники, а затем также адиабатически уменьшают амплитуду второй гармоники.
499692
8д, Рм. Г
Составитель Н. Воронин
Техред М. Семенов Корректор М. Лейзерман
Редактор И. Шубина
Типография, пр, Сапунова, 2
Заказ 2498/14 Изд. № !067 Тираж 1029 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, К-35, Раушская иаб., д. 4/5