Способ формирования электронных колец в коллективных ускорителях

Способ формирования электронных колец в коллективных ускорителях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И C A-:Н Е 708545

И ЗОБ РЙ"Й Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04,07,78 (21) 2628501/18 — 25 (51)M. Кл. с присоединением заявки Ж

H 05 Н 9/00

Пюударотввнньй комитет

СССР ав делам изобретений н открьпнй (23) Приоритет

Опубликовано 05.05.80, Бюллетень Ж. 1 (53 ) УД К 621384.6 (088.8) Дата опубликования описания 05.01 80

Л. С. Барабаш, П. Ф. Белошицкий, Н. Ю. Казаринов, Э. П. Перельштейн, В. П. Сар нцев и В. В. Чалышев (72) Авторы изобретения

Объединенный институт ядерных исследований (71} Заявитель (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОЛЕЦ

В КОЛЛЕКТИВНЫХ УСКОРИТЕЛЯХ

Изобретение относится к ускорительной тех,нике, а именно к коллективному ускорению ионов электронными кольцами, и может быть. использовано для повышения интенсивности пучков ускоренных ионов и увеличения напря5 женностей ускоряющих полей.

Известен способ формирования электронных колец в коллективном ускорителе тяжелых ионов, когда электронное кольцо сжимают в . медианной плоскости металлической камеры

1О в нарастающем во времени магнитном поле за время 1 мкс. Импульсное магнитное поле создается системой последовательно во времени . включающихся пар токовых катушек (1).

Недостатками способа является малая цик15 личность работы (." 1 Гц), обусловленная возможностями системы питания токовых катушек, энергетическими потерями в них и в стенках камеры, а также ограничения, накладываемые на область рабочих параметров из-за медленного прохождения резонансов бетатронных колебаний.

Известен также способ, по которому электронные кольца сжимаются в импульсном магнитном поле так, что средняя плоскость коль. ца сдвигается в направлении последующего ускорения. Быстрое сжатие кольца обеспечивает благоприятное прохождение одночастичных резонансов (2).

Однако необходимо создавать большие импульсные магнитные поля с индукцией 1 — 2 Т, т. е. с большой потребляемой мощностью для создания импульсного яоля.

Наиболее близким техническим решением является способ формирования электронных колец, основанный на том, что в статическом компрессоре Ласлепа-Сесслера электронные кольца сжимаются в статическом магнитном поле, нарастающем в направлении движения кольца. Траектория кольца определяется условием равенства нулю радиальной компоненты индукции магнитного поля. Чтобы обеспечить движение кольца и его фокусировку, возбуждают волну импульсного магнитного поля, создающего небольшую по величине движущуюся потенциальную магнитную яму (3J

Недостаток способа связан с использованием только статического магнитного поля, по.

708545

45 лому в нем не происходит увеличение энергии электронов и отсутствует фокусировка.

Например, побы скомпенсировать кулоновское расталкивание в сжатом кольце полем бегушей магнитной ямы лри разумных значениях параметров, требуется инжектировать электро ны с энергией 5 Мэв. Это создает трудности при сооружении инжектора с током 200—

500 А.

11елью изобретения является увеличение 10 интенсивности ускоренных ионов и увеличение темпа их ускорения.

Поставленная цель достигается тем, что электронные кольца фазируют относительно волны радиальной компоненты индукции импульсного магнитного поля так, чтобы они находились на ее спадающей положительной части.

На фиг. 1 изображена схема экспериментальной установки, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 2 — характерный профиль радиальной компоненты индукции импульсного магнитного поля.

Электронное кольцо 1 помещают в импульсное и статическое магнитные поля, Импульсное поле создается токовым импульсом, распространяющимся вдоль замедляющей линии 2.

Линия представляет собой спираль с уменьшающимся в направлении движения кольца диаметром витков, каждый из которых шунтирован конденсатором, соединенным с металлической камерой 3. Нарастающее в том же направлест нии статическое магнитное поле В создается с помощью соленоида 4, расположенного снаружи камеры. 35

На фиг. 2 — Z — направление распространения волны; Vq — ее фазовая скорость. В месте нахбждения кольца радиальная компонента индукции импульсного поля компенсирует соответствующую компоненту статического . 4p ст нарастающего поля —  .В результате движения магнитной волны кольцо продвигается в большое статическое поле и сжимается. Условие продвижения кольца бегущей волны есть

В1,> О.

В известном способе кольцо. сжималось при ст его движении вдоль траектории В = О, а бегущая магнитная волна использовалась лишь дпя транспортировки кольца по Z.

Вращательная энергия электронов Е в пред. лагаемом способе увеличивается под действием г 1 Щ вихревого электрического поляЕ- . где

c at, /1

Д вЂ” азимутальная компонента векторного потенциала импульсного магнитного поля; С— скорость света; t — время, Для увеличения энергии электронов требуется, чтобы в месте нахождения кольца вы4

Ъ полнячось условие 3k )o Это условие выI а полняется на спаданпцем положительном участке волны В ..

Наличие зависимости радиальной компоненты индукции магнитного поля от радиуса приводит к тому, что малые колебания частицы около равновесного положения в r— - Z ггггоскости являются связанными, а частоты нормальных колебаний в пренебрежении зарядом кольца равны

М„-, - р-иц-и) где n — показатель спада магнитного поля.

Следовательно, для устойчивости малых колебаний необходимо выполнение условия р (A(1 — и). Это условие вместе с условиями продвижения кольца в область нарастающего статического поля и увеличения вращательной энергии электронов определяет требуемое положение кольца по отношению к волне в процессе сжатия. Рабочая область условно отмечена на Фиг. 2 как АБ.

В процессе сжатия кольца его малые размеры уменьшаются пропорционально, где

R — радиус кольца Следовательно, йо сравнению со статической компрессией, где малые размеры уменьшаются как Н, в данном способе получается выигрыш в величине ускоряющих ионы электрических полей.

Таким образом, в предлагаемом способе осуществляется сжатие электронный колец с увеличением энергии электронов и имеет место фокусировка кольца. С набором энергии связана возможность увеличения числа электронов и ионов в кольцах, а также дополнительное уменьшение малых размеров колец при сжатии.

С учетом большой допустимой цикличности работы интенсивность ускоренных ионов можно довести до значений 10 1/с для средних элементов таблицы Менделеева., что на один- . два порядка превосходит возможности современных динамических адгезаторов.

Формула изобретения

Способ формирования электронных колец в коллективных ускорителях, заключающийся в том, что в камере адгезатора ускорителя в направлении нарастания статического магнитного поля возбуждают волну импульсного маг. нитного поля, обеспечивающую устойчивое передвижение электронных колец и их сжатие по большому радиусу и поперечному сечению кольца, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности, ускоряемых ионов и темпа их ускорения, электронные

70854/

0 0

Фиг. 1

Составитель Е. Громов

Редактор О. Филиппова Техред М. Петко Корректор И. Михеева

Заказ 8516/55 Тираж 885 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 кольца фазируют относительно волны радиаль ной компоненты индукции импульсного магнитного поля так, чтобы они находились на ее спадающей положительной части.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Барабаш Л. С. и др. Коллективный ускоритель тяжелых ионов ОИЯИ, Препринт

ОИЯИ Р9 — 7697 ° Дубна, 1974.

2. Andelfinger С. Status Report of the

Yarshind ЕКА Experiment, ЯСимпоэиум по коллективным методам ускорения, Дубна, ОИЯИ, Д9 — 10500, 1977, с. 29.

3. Laslett f. G., Sesseler А. М. "А Method

for Staticfield Compression in an Electron—

ring Accelerator. ГЕЕЕ Trans on Nucl. Science,,,й8 — 16, 3, 1969, р. 1034 (прототип),