Способ поддержания изохронизма в релятивистком циклотроне

Способ поддержания изохронизма в релятивистком циклотроне

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИС Е

ИЗОБРЕТЕН Ия

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-Bv (22) Заявлено 12.04.71 (21) 1645584/26-25 (51) М. Кл.з

Н 05 Н 13/00 с присоединением заявки Ко 1892329/26-25 (43) Опубликовано 30.10.79. Бюллетень 1че 40 (45) Дата опубликования описания 30.10.79 (53) УДК 621.384.6 (088.8) па делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Д. Л. Новиков, Л. М. Онищенко и П, Т. Шишлянников

Объединенный институт ядерных исследований (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОДДЕРЖАНИЯ ИЗОХРОНИЗМА

В РЕЛЯТИВИСТСКОМ ЦИКЛОТРОНЕ

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано в циклических ускорителях изохронного типа.

Частота обращения частиц в циклическом ускорителе / связана с величиной магнитного поля на орбите b и величиной полной энергии частицы Е соотношением f= ес б где е — заряд частицы, с — скоЕ рость света. В изохронном циклотроне, где отсутствует фазовая фокусировка, величина частоты обращения должна поддерживаться постоянной с возможно большей точностью и равняться частоте ускоряющего напряжения 1о. При создании моноэнергетического циклотрона допустимый фазовый сдвиг не должен превышать . нескольких градусов, а частота обращения при этом должна поддерживаться постоянной с точностью 10 — "".

Чтобы удовлетворить этому требованию обычно применяют систему автоматического регулирования, в которой регулирующими элементами являются дополнительные обмотки магнитного поля, а в качестве измерительного элемента, получающего информацию о степени изохронизма от ускоряемого пучка, используют измеритель фазы пролета пучка. к,:i и,ад

Н И 1п1503461

Известны способы поддержания изохронизма в циклотронах, основанные на коррекции магнитного поля по фазе пучка.

Измеритель фазы пролета пучка состоит

5 нз чувствительного элемента и фазометра.

Чувс гвительный элемент представляет собой устройство для получения электрического сигнала, пропорционального мгновенной азимутальной плотности сгустка ча10 стиц (индукционный датчик). Сигнал с индукционного датчика после преобразования (понижения) его частоты поступает нафазометр, где происходит сравнение фазы пучка с фазой ускоряющего напряжения.

15 Информация о фазе пучка из фазометрпчсских каналов через коммутатор поступает на преобразователь аналог-код и с него — на ЭВМ. При помощи ЭВМ определяются отклонения магнитного поля Ab(r) от

20 пзохронного закона и методом наименьших квадратов находятся значения корректирующих токов в обмотках магнита.

Описанная здесь система регулирования содерхкит несколько (порядка десяти и бо25 лее) датчиков фазы и такое же число фазометрических трактов. Поскольку при изготовлении этих трактов (а также и датчиков) неизбежна некоторая их неидентич ность, возникают неконтролируемые

30 сдвиги фазы, что приводит к необхо503461

3 димости независимой калибровки каждого тракта.

Оп pdll,èI! Определения ЛЬ (г) связана с дифференцированием измеряемой зависимосг» разы пучка от радиуса. В этом состоит второи недостаток известного способа поддержания изохронизма, так как дифференцирование экспериментальной зависимости

q> (r) приводит к значительным погрешностям.

Третий недостаток известного способа связан с необходимостью преобразования (понижения) частоты исследуемого сигнала, что обычно приводит к ограничению полосы всей измерительной аппаратуры величиной порядка 100 кГц.

В современных циклотронах, рассчитанных на ускорение разных частиц и регулирование их конечной энергии, частота обращения частиц изменяется в широких пределах (в два-три раза). Это приводит к необходимости каждый раз при изменении режима работы циклотрона перестраивать

IIo частоте фазометрические тракты системы стабилизации по фазе пролета.

Цель изобретения — повышение точности поддержания изохронизма.

Это достигается использованием коррекции магнитного поля по частоте обращения частиц, для чего пучок временно переводят в режим циркуляции за счет модуляции ускоряющего напряжения.

Циркулирующий пучок получают, используя импульсный режим работы генератора ускоряющего напряжения. Так как ускорение сгустка or центра циклотрона (или от радиуса инжекции) до определенного радиуса требует некоторого времени г (порядка 100 мкс), то частицы, инжектируемые в ускоритель в течение времени т перед выключением ускоряющего напряженйя, не ускоряются до конечной энергии, а продолжают циркулировать на промежуточных радиусах. При этом вся камера ускорителя от начального до конечного радиусов заполняется циркулирующими сгустками.

Циркулирующий сгусток, проходя под индукционным датчиком тока пучка, наводит на этом датчике сигналы, частота следования которых равна частоте обращения сгустка. Она может быть измерена, например, электронным частотометром с высокой степенью точности.

Точность измерения частоты электронным частотометром зависит от величины измеряемой частоты и времени измерения. Частота обращения частиц в циклотроне обычно порядка 10 1/с. При времени измерения

10 †с будет сосчитано 10 импульсов и точность измерения частоты будет порядка

1.0 — .

Для реализации предлагаемого способа необходим циркулирующий (вращающийся без ускопения) пучок. Если циклотрон ра5

4 ботает непрерывно (без модуляции ускоряющего напряжения), то для получения цирI<) lIIp IoIIIoro fl) IIC3 необходимо спеUIIÇ Ib110 вводит! модуляцию ускоряющего напряжения. В циклотронах, работающих в импульсном режиме (в таком режиме работаIor, например, циклотроны У-200 и У-300 лаборатории ядер !!Is реакций, циклотрон

Института атомной энергии), можно использовать существующую модуляцию ускоряющего напряжения.

Необходимая периодичность измерения и коррекции отклонений от изохронизма зависит от постоянной времени магнита, которая обычно в циклотронах порядка секунды. Поэтому для измерения частоты обращения достаточно промодулировать ускоряющее напряжение с периодом, например

1 с и длительностью паузы, например, 10 мс. При этом циклотрон будет работать в квазинепрерывном режиме. Уменьшение средней интенсивности составит 1 /ц. Для реализации режима циркуляции циклотрон переводят в квазинепрерывный режим работы с отношением длительности импульса тока к периоду, равным 99 /ю.

На чертеже приведена схема системы для автоматического поддержания изохронизма по частоте обращения.

Она содержит импульсный генератор 1, синхронизатор 2, модулятор 3 ускоряющего напряжения, индукционные датчики 4 электронные счетчики 5, коммутатор 6 входов, ЭВМ 7, коммутатор 8 выходов, преобразователь 9 код — аналог, источник 10 питания, корректирующие обмотки 11.

В течение паузы циркулирующий без ускорения пучок наводит на индукционных датчиках 4, распределенных IIo радиусу, сигналы, частота которых измеряется электронными счетчиками 5.

Число индукционных датчиков выбирают равным числу корректирующих катушек; обычно в изохронном циклотроне это число порядка 10 — 20. К каждому индукционному датчику подключен собственный электронный счетчик, который сосчитывает число импульсов, поступающих с индукционного датчика в течение времени счета (примерно равно времени паузы ускоряющего напряжения) . Это число импульсов пропорционально частоте обращения частиц.

Измеренные таким образом частоты обращения частиц на разных радиусах, т. е. зависимость частоты обращения от радиуса, передается через коммутатор в ЭВМ 7, где сравнивается с расчетной частотой обращения, величина которой хранится в памяти ЭВМ. Таким образом определяют отклонения частоты обращения от расчетной, линейно связанные с отклонениями величины магнитного поля от изохронного значения на тех же радиусах. Таким образом, следующая операция, которую выполняет

ЭВМ,— это пересчет измеренных отклоне503461 ний частоты в отклонения магнитного поля от изохронного закона. В результате определяется функция ЛЬ(г).

Методом наименьших квадратов ЭВМ находит значения токов в корректирующих обмотках 11, которые необходимо установить для компенсации найденного отклонения Ab(r). В результате находят числовые значения корректирующих токов 1„для каждой корректирующей обмотки.

Найденные таким образом значения корректирующих токов поступают на преобразователи 9 код-аналог, каждый из которых управляет отдельным источником 10 питания, регулирующим ток в соответствующей корректирующей обмотке, в результате чего во всех корректирующих обмотках 11 выставляются значения токов 1„, равные вычисленным.

В течение паузы ускоряющего напряжения выполняются только операции измерения частоты обращения и их запоминания.

Все остальные операции могут выполняться по окончании паузы.

Способ поддержания изохронизма по частоте обращения обладает следующими преимуществами перед способом поддержания изохронизма по фазе пролета: отклонение частоты обращения линейно связано с отклонением магнитного поля указанным соотношением, и обработка результатов измерения на ЭВМ, которая производится на третьем этапе для нахождения регулирующих токов в обмотках коррекции, не приводит к потере точности; измерение частоты обращения электронным частотометром— абсолютное измерение и не требует дополнительной калибровки; при применении для 0 измерения частоты электронного частотометра полоса частот измерительной части системы регулирования практически не

orpаничена.

При изменении частоты информационный сигнал о нарушении изохронизма представляется сразу в цифровом виде и не требует преобразователя аналог-код.

Формула изобретения

2О Способ поддержания изохронизма в релятивистском циклотроне при помощи коррекции м агнитного поля по измеренным параметрам пучка, отличающийся тем, «ro с целью повышения точности, пучок временно переводят в режим циркуляции за счет модуляции ускоряющего напряжения, измеряют частоту обращения частиц пучка, а коррекцию производят по измеренной величине частоты.