Способ многооблолтной инжекции заряженных частиц
Иллюстрации
Реферат
О П И С А Н И Е ("! 70 4>3
Республик
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.04.78 (21) 2597374/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (51) Ч.Кл, Н 05 Н 7/08
Н 05 Н 13/04
Государственный комитет по делам изобретений к открытий (43) Опубликовано 07.09.82. Бюллетень ¹ -3 (53) УДК 621.384.6 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.09.82 (72) Авторы изобретения
Е. В. Буляк и Н. И. Мочешников (71) Заявитель (54) СПОСОБ МНОГООБОРОТНОЙ ИНЖЕКЦИИ
ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано в кольцевых ускорителях и накопителях со слабой фокусировкой.
Известно, что заряженные частицы, инжектированные в постоянное м агнитное поле кольцевого ускорителя, гибнут на вводном устройстве после нескольких оооротов и не захватываются в режим ускорения. Для вводного устройства, занимающего малую часть поперечного сечения вакуумной камеры ускорителя, число эффективных оборотов, под которым понимается число оборотов, совершаемых частицей от момента инжекции до момента попадания. на вводное устройство, определяется формулой:
Ж„=D(l,, I ), где D — наименьшее общее кратное 1, и I,;
/,.„— ближайшие к (1 — ч ..„) це» лые числа;
v„„— числа радиальных и вертикальных бетатронных колебаний соответственно.
Задачей многооборотной инжекции является отвод частиц от вводного устройства к моменту возврата их на последнее.
Число обходов m вводного устройства (под которым понимается число возвратов частпц на вводное устрой.;во, когда удается
H30 !; ", Th пх rнбе, III) 32BIIC>!T OT CIIOCO63 инжскцин. Число захваченных в pc:: !!ì ускорения оборотов раьно про..зведснию числа эффективных оборотов на число обходов
Для обхода частицамн вводного устройства обычно используют с «ещенис всей, равновесной орбиты или ее у частка в месте расположения вводного устройства.
Число захваченных оборотов выражается, формулой:
cV„„к — / э ) / 0
15 где l — полуширина рабочей области камеры; го — радиальный размер пучка.
Этот способ применяется, когда нужно захватить в режим ускорения одну посыл20 ку ускорителя-инжектора. При накоплении нескольких посылок, что требуется для накопителей, орбиту с находящимися на ней частицами нужно вновь вернуть к вводному устройству. Это вызывает потерю части
25 или даже всего уже захваченного пучка, что делает данный способ неэффективным.
Известны способы многооборотной инжекции без искажения равновесной орбиты, заключающиеся в использованнии резонанса между радиальными и вертикаль-.
701493
45
69
65 ными бстатронныь(и ко:(ебания:I(i. Частоты колебаний устанавливают равными, ме>кду колебаниями вводят связь, которую снимают по окончании инжекции. Инжектнруемым частицам вначале сооощают радиальные колебания. Амплитуда радиа ((,пых колебан((й при резонансе со связью постепенно уменьшается, а вертика:;ь!.ых-увслнчивается, при этом сумма квадратов амплитуд остается постоянной. Амплитудь: колебаний имеют следующий вид:
Х = Хо. cosB0, Z = ХО sin оо, где Π— частота биений: д — азимутальный угол;
Хо — EIB÷àëüíoå отклонение частицы от о р 0 I.(т 6(При Осуществлении связи квадрупольI(i;:з! и,, (см c.\((1) Возможен ОтВОд частиц От вводного устройства только в радиально ( направлении, при связи продольным солено. аль по Icм отвод возможен и по вертикали/см (2). Число отходов для обоих
I!FI!IзаВлспий отвода опрсделястся выражением:!
n,. == л $ Xo.!(2(() (,(,= л Х/и.
Видно, что отвод по вертикали дает большее число обходов.
Пр! I равенстьc частот вертика; ьпых и радиальных колебаний, что необходимо для двух приведенных выше способов пнжекц. (и, число эф(ективных оборотов для ускорителей COCOставляет трп-четь(ре, что существенно огр :— ничпвает число захваченных оборотоь, т. с. число захьаченных в ускорение частиц.
Цель изобретения — увеличение числа захваченных оборотов за счет увеличе((ия числа эффсктивных оборотов, что приведет к увеличению числа накопленных в камере и захваченных в ускорение частиц в кольцевых ускорителях и накопителях.
Это достигается тем, что частоту радиальных бетатронных колебаний, инжектированых в кольцевой ускоритель частиц, устанавливают равной удвоенной частоте вертикальных колебаний, связь между колебаниями устанавливают посредством секступольного магнитного поля, инжектированным частицам вначале сообщают как радиальные, так и вертикальные колебания. При этом отвод частиц от вводного устройства осуществляется по вертикали за счет уменьшения амплитуды вертикальных колебаний.
На чертеже представлены формы биений амплитуд колебаний в плоскости отвода для трех спосооов многооборотной инжекции: кривая 1 — для v„ = („ выражает связь колебаний квадрупольным полем; кривая 2 — для v„ = ъ„ связь соленоидальным полем; кривая 3 — для предлагаемого способа 2 v, — v,.((1, связь секступольпым полем. По оси абсцисс отложен
Зо азимутальный угол, выраженный в числе обходов, по оси ординат — амплитуда колебаний, штриховой линией обозначен край вводного устройства, расчеты выполнены для Хо/r((— — 10.
Из сравнения кривых видно, что число обходов по предлагаемому способу пр;(мерно равно числу обходов, получаемых по способу (1), и значительно превосходит число обходов по способу (2).
Как указывалось выше, число захваченных оборотов равно произведению числа обходов на число эффективных оборотов.
Прп инжекции по предлагаемому спосооу число эффективных оборотов равно 1б — 19, так как частоты вертикальных и радиальных колебаний различные. Следовательно, применение предлагаемого способа многооборотной инжекции для слабофокусирующих ускорителей и накопителей позволит повысить число захватываемых в режим ускорения (накопления) частиц в 4 — 5раз по сравнению с наилучшим из известных способов (2).
Из решения системы уpBBHc(IHE(бстатронных колебаний при наличии секступольного поля и соотношении частот бетатронных колебаний 2х,— ((1 получено, что максимальная глубина биений получается, когда начальная амплиту а рад(альпыx колебаний инжектирусмого пучка удовлетворяет условию:
Хо — — (2.:,--,. )/(/. >) где Є— ((х(пульс частиц на рав(овесной орбите; е — заряд частицы, П вЂ” длина ороиты ускорителя, L — длина шестиполюсной магнитной линзы, посредством которой осуществляется связь колеба(-п(и, К вЂ” сила линзы.
В качестве примера осуществления предлагаемого способа можно рассмотреть инжекцию электронов в накопитель, например в накопитель на энергию 100 Мэв, имеющийся на предприятии-заявителе.
Мап(итная структура этого накопителя состоит из четырех поворотных магнитов, разделенных прямолинейнымп промежутками. Диапазон регулировки показателя спада магнитного поля (n = 0,2 — 0,3) позволяет осуществить предлагаемый спосоо многооборотной инжекции.
Размеры вакуумной камеры 10. 4 сх(2.
Расчеты производятся для соотношения частот бетатронных колебаний 2v» --,.= 0,1 и диаметра инжектируемого пучка 0,2 см. На один из прямолинейных промежутков нужно установить шестиполюсную магнитную линзу длиной 30 см и силой К 1,15 Тл/м, а
701493 инжекцию производить с начальными отклонениями от равновесной орбиты X> †â€
=Zp — — 2 см. При вы: олнении этих условий в накопитель будет захэа сно гримерно 400 оборотов. По ок. и : :.,ït инжекцип линзу необходимо отключить.
Предлагаемый способ позволяет в 4—
5 раз увеличить число захватываемых оборотов, что приводит к соответствующему увеличению интенсивности пучка на выходе кольцевого ускорителя, темпа накопления частиц в накопителе, Формула изобретения
1. Способ многооборотной пнжекции заряженных частиц в кольцевой слабофокусирующий ускоритель от внешнего ускорителя-инжектора с последующим накоплением частиц в камере кольцевого ускорителя путем изменения параметров орбиты при помощи электрического или магнитного поля, отлич а ющий ся тем, что, с целью повышения числа частиц, захватываемых в режим ускорения, частоту радиальных бетатронных колебаний устанавливают равной удвоенной частоте вертикальных колебаний при помощи дополнительного фокусирующего поля, вводят связь между колебаниями посредством секступольного магнитного поля, а инжекцию пучка производят с начальными отклонениями от равновесной орбиты как в радиальном, так н в вертикальном направлениях.
2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что ампл: туда начальных радиальных колебаний инжектируемых заряя;енных частиц должна удовлетворять условию где i,,„— частоты радиальных и вертикальных бетатр они ых колебаний соответственно, Р, — импульс частицы на равновесной орбите; е — заряд частицы, П вЂ” длина орбиты кольцевого ускорителя, L — длина шестпполюсной магнитной линзы, посредством которой осуществляется связь колебаний, К вЂ” сила линзы.
25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Титов В. А., Шукейло И. А. Резонансная инжекция по двум степеням свободы в синхротроне с сильной фокусировкой. 5 ГФ, т. 38, вып. 10, с. 1752, 1968.
2. Авторское свидетельство СССР
¹ 344609, кл. H 05 Н 7/08, 1970 (прототип).
701493
0Я
08, 0,7
06
0S) 040,Я1
02!
0,S
0 L.
18 15 20 27 Е2 2,У 24 25 9 0 у
Корректор И. Осиновская
Техред И. Пенчко
Редактор П. Горькова
Тип. Харьк. фил. пред. Патент аказ 909/682 Изд. ¹ 220 Тираж 856
НП0 «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5