Электромагнит бататрона

Электромагнит бататрона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалнстических

Республик

< >511804 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 14.09.73 (21) 1958492/26-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 23.11,81. Бюллетень ¹ 4 3

Дата опубликования описания 2311.81 (51)M. Кл.3

Н 05 Н 11/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений. и открытий (53) УДК621. 384. 6 (088 ° 8) (72) Авторы изобретения

A.À. Звонцов, В.А. Касьянов и В.Л. Чахлов

Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С.M. Кирова (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТ BETATPOHA

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц и может быть использовано при разработке бетатронов, синхротронов и накопительных установок с внешним впуском частиц.

Известные конструкции электромагнита бетатрона, например, гребневого типа, содержат намагничивающую катушку и ферромагнитный магнитопровод с полюсами, которые имеют центральную часть и радиальные или спиральные гребни, выходящие из центральной части.

В известных конструкциях электромагнитов бетатронов увеличение размеров поперечного сечения области действия фокусирующих.сил, размеры которой определяют количество частиц, ускоряемых .за один цикл, целесообраз- 2О но до некоторых пределов, после чего увеличение межполюсного зазора не приводит к увеличению количества ускоряемых частиц, так как в процессе ускорения в пучке возникают обусловленные пространственным зарядом пучка неустойчивости, которые приводят к тому, что часть частиц теряется в процессе ускорения. Устройства демпфирования неустойчивостей сложны. ЗО

Цель изобретения — увеличение коэффициента захвата частиц и устранение неустойчивостей в процессе ускорения.

Это достигается тем, что, предусмотрены средства для вариации управляющего поля по радиусу, например на каждом гребне выполнены пазы, причем показатель спада и магнитного поля под пазами больше единицы, в промежутках между пазами

0 сп с1, а величина напряженности управляющего поля в этих промежутках соответствует бетатронному отношению.

Благодаря этому удается осуществить инжекцию частиц в относительно большой объем области действия фокусирующих сил, ослабить неустойчивости делением пучка в процессе ускорения на несколько пучков, а дальнейшее ускорение отдельных пучков проводить по собственным равновесным орбитам.

На фиг. 1 — пример выполнения полюсов электромагнита, вид в планеу на фиг. 2 — полюса электромагнита, поперечное сечение; на фиг. 3 — изменение напряженности управляющего поля (пунктирная лиция — характеристика известных бетатронов); на фиг.4.—

511804

F (F . при r(r;

- Е при r>r+ где

F —, центробежная сила(Г = (4) F — центростремительная сила Лое ренца (WL, С Ч(Н «() ).

Ускоритель работает следующим образом. 55

В процессе инжекции частицы заполняют всю область, ограниченную наружными потенциальными барьерами (см. фиг. 5) силового поля, в котором совершаются радиальные колебания уско- gp ряемых частиц, поэтому наружные барьеры необходимо выполнять по возможности большими, чем внутренние.

При . этом в пучке частиц, захваченных в режим ускорения, име- д изменение показателя создания поля и по радиусу (пунктирная линия — характеристика известных бетатронов); на фиг. 5 — вид потенциальной функции (пунктирная линия — характеристика известных бетатронов); на фиг.6 вид фазовых траекторий I-Е и II-II.

B бетатронах,электромагнит которых имеет полюса гребневого ипа, возможны варианты управляющего) поля по радиусу благодаря тому, что на каждом гребне выполнены пазы 1, причем они должны быть расположены между равновесными орбитами г, и ro >, ro u r > и т. д. Пазы I могут выполйяться как на боковых гранях 2, так и на поверхностях 3, обращенных внутрь межполюс- 15 ного зазора; могут выполняться как по всей высоте гребней 4, так и на определенном расстоянии от поверхностей 3. Форма (овальная, трапециедальная, треугольная) и размеры I выбира- Щ ются следующим образом. Для выполнения бетатронного соотношения необходим блок 5 центральных вкладышей.

Усредненная по азимуту напряженность управляющего поля сН ((r) (cM. фиг. 3) в плоскости z = О должна меняться по периодическому закону около уровня

Н (E") = сои зф, Е (1) причем значение (Н ) (r) на орбитах 30 выбирают из условия

Нz (о")+о "< Н )("о йо2--сН 7(оъ1 = (2)

Значение показателя спадания и усредненной по азимуту напряженности З5 поля на участках орбит г г . г о.г оу оэ выбирают по еоотношению

О . () о1 pq, о ь ) А, (3) но на участках между орбитами, т.е. непосредственно под пазами, значение и должно превышать единицу. 4О

Роль равновесных орбит выполняют не все точки пересечения <Н 7 (r) с

const E уровнем Н (r) — — а тольz r r ко те, в которых соблюдаются неравен- 4 ства: ются частицы, совершающие колебания внутри каждой малой потенциальной ямы (см. фиг. 6 ограничивающая фазовая траектория I — I) и частицы, совершающие колебания в области, ограниченной наружными барьерами (см. фиг. 6, траектория II-II).

В процессе ускорения вследствие адиабатического уменьшения амплитуды колебаний частицы внутренними барьерами делятся на отдельные пучки.

Дальнейшее ускорение пучков осуществляется по собственным равновесным орбитам, а колебания частиц огран чиваются фазовыми траекториями I-I.

В конце цикла ускорения частицы сбрасывают на мишень или выводят за пределы ускорителя, причем интервалы между импульсами излучения можно выполнять регулируемыми, что важно, например, при исследовании динамики быстропротекающих процессов.

Все зто возможно для управляющего поля с азимутальной вариацией. Если в ускорителе, например бетатроне, применяется азимутально-однородное управляющее поле, то все изложенное справедливо и для таких полей. При этом осуществление вариации управляющего поля по радиусу возможно либо при выполнении пазов 1 на поверхностях 3, обращенных внутрь межполюсного зазора, либо при ступенчатом увеличении межполюсного зазора и изменении наклона поверхности 3 к плоскости z = О. В электромагнитах ускорителей вариация управляющего поля по радиусу может осуществляться также при соответствующем изменении плотности укладки винтов с током.

Предлагаемая конструкция электромагнита позволяет в несколько раз увеличить область действия фокусирующих сил при практически неизменном вертикальном размере межполюсного зазора и значительно снизить габариты, вес и потребляемую мощность, приходящиеся на единицу мощности дозы излучения.

Формула изобретения

Электромагнит бетатрона, например, гребневого типа, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения коэффициента захвата частиц и устранения неустойчивостей в процессе ускорения, предусмотрены средства для вариации управляющего поля по радиуСу, например, на каждом гребне выполнены пазы, причем показатель спада и магнитного поля под пазами больше единицы, в промежутках между лазами 0 < и <1, а величина напряженности управляющего поля в этих промежутках удовлетворяет фетатронному отношению.

511804

Редактор Л. Письман

Закаэ 10636/1 Тираж 895 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 бп

Vp и (Риг.4 ог

Put.5

Техред 3.Фанта Корректор E. Рошко