Устройство для формирования пучков заряженных частиц

Устройство для формирования пучков заряженных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ное к авт. свид-ву

12.75 (21) 2303243/25 ением заявки ¹ (51) SI К

Н 05Н 7)00 ос

<о 23.04.82. Бюллетень J¹ 15 (53) УДК 621.384.6 (088.8) по кования описания 23.04.82 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

В. К. Баев, Е. В, Громов и А. Д. Коляскин

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженернофизический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПУЧКОВ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при проектировании линейных ускорителей заряженных частиц.

Известно, что для повышения эффективности линейных ускорителей используют предварительное формирование пучков.

При этом в качестве формирующих устройств применяют группирователи, выполненные автономно или в виде начальной части ускоряющей секции (1, 2).

Недостатком этих устройств является то, что они обеспечивают только группировку частиц по фазам, а для фокусировки требуется применение внешних фокусирующих устройств.

Наиболее близким к изобретению является устройство для формирования пучков заряженных частиц, выполненное в виде секции резонаторного или волноводного типа, замедляющая система которой содержит два последовательно расположенных участка — группирующий и согласующий (3).

На первом участке действуют большие фазирующие силы, что приводит к группировке частиц на участке дрейфа, а во втором участке происходит выравнивание энергии частиц, достигаемое за счет специального выбора расстояния между центрами зазоров. Геометрию участков выбирают из условия согласования.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает устойчивого поперечного движения частиц, поэтому согласование поперечного эмиттанса пучка с аксептансом ускорителя возможно только за счет внешних фокусирующих устройств.

I-Iеобходимость использования дополнитель10 ных элементов для фокусировки усложняет конструкцию и приводит к увеличению его габаритов.

Цель изобретения — упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что между группирующим и согласующим участкамц введен фокусирующий участок замедляющей системы.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение устройства (на примере устройства с замедляющей системой спирального типа); на фиг. 2 — положения сгустка частиц относительно волны, Устройство для формирования пучков заря>кенных частиц содержит группирующий

1, фокусирующий 2 и согласующий 3, участки ускоряющей системы, секцию 4 ускооптеля, в которую поступают частицы после формирования.

688088

Положение сгустка частиц относительно волны перед началом формирования — 5 и в конце каждого участка 6, 7, 8 показано на фиг. 2.

Устройство работает следующим образом.

Пучок частиц в устройстве формирования взаимодействует с электромагнитным полем, фазовая скорость волны которого удовлетворяет соотношению P, = 4 + AP, 1О где Р, и P< — фазовая скорость волны и средняя скорость частиц в сгустке соответственно, выраженные в единицах скорости света; Л вЂ” разность между средней скоростью частиц сгустка и фазовой скоростью возбуждаемой волны, причем на первом этапе формирования величина d,P такова, что частицы одновременно с процессом группирования дрейфуют из области фазовой устойчивости в область радиальной, на втором d,P = О, а на третьем этапе выбором

АР совмещают полный эмиттанс пучка с полным аксептансом ускорителя.

Таким образом, сгусток проходит три ж последовательных этапа взаимодействия с высокочастотным полем, причем на первом этапе обеспечивают нерезонансное взаимодействие частиц с полем за счет того, что фазовую скорость волны делают больше скорости частиц, на втором этапе формирования обеспечивают резонансное взаимодействие пучка с фокусирующим полем, т. е. AP = О, а на третьем — согласуют полный фазовый объем пучка с полным аксептансом ускорителя.

Для каждой конкретной замедляющей структуры и начальных параметров пучка формируемых частиц величины Лф, р, и длины участков определяются для каждого участка в результате численных решений уравнений движения частиц.

Величина АР характеризует эффективность взаимодействия частиц с полем. Так, например, для протонов с энергией инжек- 45

Ь ции 100 кэВ на первом участке 4 (0,5 —:1,5) и при приближении к указанным границам эффективность формирующего устройства уменьшается. 50

На первом участке скорость волны больше скорости частицы, т. е. имеет место нерезонансное взаимодействие, н сгусток дрейфует относительно волны. В процессе дрейфа и одновременного взаимодействия с полем происходит модуляция частиц в сгустке по скоростям, сгусток группируется и в конце первого этапа занимает относительно волны положение 2. Осуществить группировку сгустка можно и в случае, когда P,= 4, но при этом в силу резонансного характера взаимодействия существенно увеличивается дефокусировка пучка.

Таким образом, наличие дрейфа на первом этапе обеспечивает не только группировку

4 и перевод сгустка из области фазовой ус тойчивости в область радиальной устойчивости, но и уменьшает угловую расходимость пучка.

На втором участке Ар делают равным нулю, а р, выбирают равной скорости чак стицы, находящейся в фазе, которая ) соответствует средней скорости частиц в сгустке. Это обеспечивает фокусировку частиц в сгустке без увеличения его фазовой протяженности, При этом положение сгустка относительно волны практически не меняется и соответствует положению 3 на фиг. 1. Выбор величин напряженности поля зависит от ориентации и формы продольного и поперечного аксептанса ускорителя и в каждом конкретном случае так ке определяется из решения уравнений движения.

Фазовую скорость волны на третьем участке выбирают из условия согласования полного эмиттанса пучка и полного аксептанса ускорителя.

После прохождения первого участка диаметр сгустка увеличивается, модуляция частиц по скоростям максимальная, наиболее энергетичные частицы находятся в тормозящем поле. Однако, наличие фокусирующего участка 2 с соответствующими значениями фазовой скорости волны и напряженности поля обеспечивает выравнивание энергии частиц в сгустке и фокусировку частиц. Параметры участка 3 выбраны из условия совмещения продольного и поперечного эмиттансов пучка с аксептансом ускорителя.

Таким образом полохкительпый эффект изобретения заключается в том, что в системе формирования обеспечивается одновременная радиальная и продольная устойчивость частиц без использования какихлибо внешних устройств, т. е. приводит к упрощению конструкции. Кроме того, как показывают расчеты, использование такого формирующего устройства в начальной части ускорителя с фазопеременной фокусировкой приводит к увеличению коэффициента захвата в 2 — 3 раза, что значительно повышает эффективность ускорителя.

Формула изобретения

Устройство для формирования пучков заряженных частиц, выполненное в виде высокочастотной секции резонаторного или волповодного типа, замедляющая система которой содержит два последовательно расположенных участка — группирующий и согласующий, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции, между группирующим и согласующим участками введен фокусирующий участок замедляющей системы.

688088

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Составитель Ю. Левитан

Редактор E. Хейфиц

Корректор Р. Беркович

Техред А. Камышникова

Заказ 711/3 1 1зд. ¹ 158 Тираж 856 Подписное

НПО «Поиск» Государстзеииого ко;;итета СССР по делам изобретеиий и открытий

1!8035, Моск;а, )К-З5, Раушская иаб., д,. -1 5 i !:иография, ир. С",иуиова, 2

1. Баталин В. А. и др. ПТЭ, № 5, 19б7.

2. Вальднер О. A. и др. «Линейные ускорители», М., А.— И., 1969, с. 174 — 17б.

3. Авторское свпдстсльство СССР

М 31319, кл. Н 051 7/00, 04.01.70 (прототип).