Способ ускорения заряженных частиц в бататроне

Способ ускорения заряженных частиц в бататроне

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик ()511806

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.1174 (21) 2077451/26-25 с присоединением заявки йо (23) Приоритет—

Опубликовано 23.1181. Бюллетень Но 43

Дата опубликования описания 231181 (51)М. Кл.з

Н 05 Н 11/00,Государственный комитет

С С С-P по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 384 6 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.A. Касьянов, A.A. Эвонцов и В.Л. Чахлов

Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С.M. Кирова (71) Заявитель (5 4 ) СПОСОБ УСКОрЕНИ Я 3АР ЯЖЕНН61Х ЧАСТИЦ

В SETATPOHE

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

Известный способ ускорения заряженных частиц в бетатроне заключается в том, что частицы инжектируют и ускоряют в области действия фокусирующих сил, причем показатель спадения поля И в этой области выбирается в пределах 0 <И<1.

Известный способ не позволяет увеличить радиальные размеры этой области, площадь поперечного сечения которой определяет количество частиц, ускоряемых в одном цикле, без. соответствующего увеличения ее вертикального размера. Последнее приводит к увеличению габаритов и веса намагничивающих катушек всего ускорителя.

Предлагаемый способ ускорения заряженных частиц в бетатроне отличается от известного тем, что, с целью увеличения количества ускоряемых в одном цикле частиц, частицы инжектируют и ускоряют в области поля с Vl =1, на границах которой И выбирают в пределах 0(И<1.

Благодаря этому увеличивается радиальный размер области действия фокусирующих сил, а, следовательно и площадь поперечного сечения этой области, практически без увеличения вертикального размера этой области.

На фиг. 1 графически показан ме. ханизм возникновения фокусирующих

10; сил на фиг, 2 — радиальное измене ние показателя спадания поля И; на фиг. 3 — изменение потенциальной функции; на фиг. 4 — вид фазовых траекторий; на фиг. 5 и 6 — пример выполнения полюсов электромагнита.

На фиг. 1-4 для сравнения пунктиром показаны соответствующие характеристики известного способа ускорения.

Предлагаемый способ ускорения основан на видоизменении механизма радиальной фокусировки частиц. Если в известном способе ускорения управляющее магнитное поле обеспечивает . равенство центробежной силы Fc (F ——

@f82.

= ) центростремительной силе Лоренца F), (Г6= — у Hz v)) только в точках е радиуса ) (только в точках равновесной орбиты), то по предлагаемому способу параметры управляющего поля выбираются таким образом, чтобы ра511806 т Е с Чн откуда мЧ соиМ

Нztvl

Формула изобретения

05 венство Г = Гс выполнялось на некотором интервале радиусов д . Это достигается тем, что на укаэанном интер- - вале hr показатель спадания выбирают равным единице (см. фиг. 1 и 2), так как этот закон изменения управляющего поля вытекает из следующего соотношения:

Таким образом, на этом интервале на частицы не действует радиальновозвратная сила, но частицы испытывают сильную фокусировку по р-направлению. За пределами указанного интервала 0 < v (1 на частицы, отклонившиеся н любом направлении, будет действовать возвращающаяся сила, причем частицы, отклонившиеся в Г-направлении, будут совершать колебания относительно крайних радиальных точек этого равновесного участка (см. фиг. 4б) . С колебательной точки зрения такая система в радиальном напранлении эквивалентна некоторой системе с зоной нечувствительности. Следовательно, увеличиная радиальный размер области действия фокусирующих сил, амплитуды бетатронных колебаний можно оставить прежними, а значит и вертикальный размер области и межполюсного зазора можно оставить практически беэ изменения.

Плотность ускоряемых частиц в пучке определяется величинами фокусирующих сил, но и при равных величинах фокусирующих сил количество ускоряемых частиц в данном случае будет больше вследствие большего объема, занимаемого пучком (см.фиг.3) .

Равновесная орбита в подобном ускорителе имеет вид бесконечно тонкого равновесного кольца.

Предлагаемый способ может быть реализонан, например, в бетатроне с азимутальной вариацией управляющего поля.

Полюса электромагнита бетатрона с аэимутальной вариацией поля (см. фиг. 5 и 6) имеют центральную часть 1 и гребни 2, выходящие иэ центральной части 1. Изменяя профиль боковых поверхностей 3, гребней 2 и поверхностей 4, обращенных к межполюсному зазору А, можно получить необходимый закон изменения по ля. Необходимо иметь ввиду, что н бетатронах изменение центробежной ! силы FC (V) эквивалентно изменению средней по площади круга радиуса C индукции поля В2 ).), а изменение силы Лоренца pg с учетом бетатронного соотношения эквивалентно изменению 25z ) где В Г- усредненная

- ? ) по азимуту индукция уйравляющего поля.

Радиальный участок, в любой точке которого для частиц заданной энергии соблюдается равенство центробежной и центростремительной сил, 20 может быть выполнен и в бетатроне с азимутально-однородным управляющим полем, а также в синхротроне соответствующим изменением профиля поверхностей полюсов, образующих межполюсной зазор, либо витками с током,уложенными на эти поверхности по определенному закону.

Предлагаемый способ ускорения позволяет увеличить приблизительно в 115-2 раза площ дь Области дейст ния фОкусирующих сил и тем самым понизить габариты, вес и потребляеР мую мощность питания, прихо) ящиеся на единицу мощности дозы излучения.

40 Способ ускорения заряженных частиц в бетатроне, заключающийся в том, что частицы инжектируют и ускоряют в области действия фокусирующих сил

1 показатель спадания И магнитного поля,в которой заключен в пределах

45 <

0(p1,Отличающий с ятем

Т что, с целью увеличения количества частиц, ускоряемых в одном цикле, частицы инжектируют и ускоряют в области поля с h=1, на границах кото50 рой выполняется соотношение 0(И<1.