Способ трансформации сильноточного пучка в высокоэнергетичный

Способ трансформации сильноточного пучка в высокоэнергетичный

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нц 710464

Союз Соаетских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.06.78 (21) 2635427/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.07.82. Бюллетень № 25 (45) Дата опубликования описания 07.07.82 (51) М Кл з

Н 05Н 5/00

Государственный комитет ссср (53) УДК 621.384.6 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Ю. П. Вахрушин, О. А. Гусев, В. Г. Мудролюбов и В. И. Петрушин (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТРАНСФОРМАЦИИ СИЛЬНОТОЧНОГО

ПУЧКА В ВЪ|СОКОЗНЕРГЕТИЧНЪ|Й

Изобретение относится к линейным ускорителям заряженных частиц, Известны ускорители, в которых генерация высокочастотного поля и ускорение частиц совмещены в одной колебательной 5 системе (1). Для этого основной пучок ускоряют в максимуме электрического поля, а колебательную систему возбуждают вспомогательным пучком на периферии резонатора, где электрическое поле меньше 10 максимального. Тем самым удается трансформировать энергию вспомогательного пучка.

Известен также способ трансформации сильноточного пучка в высокоэнергетнчный 15 передачей энергии от возбуждающего пучка к ускоряющему через электромагнитное поле колебательной системы (2).

Недостатком такого способа является необходимость предварителы ой модуляции 20 пучка, усложняющая ускоритель, и трудность получения больших коэффициентов трансформации, что связано с конечными размерами возбуждающего пучка.

Целью изобретения является упрощение у ускорителя и повышение коэффициента тр ан сфор м ации.

Цель достигается тем, что возбуждение колебательной системы производят немодулированным пучком, инжектируемым Зо перпендикулярно к электрическому и магнитному полю, а токоприемник, например днище резонатора, располагают в области, где скорость частиц может иметь минимальное значение.

На фиг. 1 показана принципиальная схем а осуществления способа; на фиг. 2 траектории электронов в цилиндрическом резонаторе.

Электрический пучок с отноап ельной скоростью из источника 1 (фиг. 1), входит в резонатор 2, предварительно возбужденный от генератора (стартера) 3, перпендикулярно электрическому полю.

Ускоряемый пучок пропускают через отверстия 4 по оси резонатора.

Под действием высокочастотных магнитного и электрического полей частицы вспомогательного пучка описывают траекторию, представляющую суперпозицию двух движений: колебательного с амплитудой, пропорциональной электрическому полю по координате z, н близкого к параболическому по координате г (фнг. 2).

В окрестности точки поворота по г энергия радиального движения оказывается перекаченной в акспальную энергию колеблющихся электронов и поля резонатора, более того, в точке поворота по z — в энергию поля резонатора, далее процесс происходит в обратном порядке, а частица вылетает из резонатора в направлении источника с прежней начальной скоростью.

Если в точках поворота по г и z, где модуль скорости электрона близок к нулю, изъять частицу из дальнейшего движения, например, расположив днища резонатора в окрестности z поворота, ее энергия будет передана резонатору и далее, аксиально ускоряемому основному пучку.

Описанный характер движения сохраняется для всех фаз влета, поэтому возможна передача мощности от непрерывного пучка.

Таким образом, предлагаемый способ заключается в формировании из инжектируемого пучка осциллирующего электронного облака, упорядоченного в пространстве, из которого удаляются электроны в те моменты времени, когда их энергия мала по сравнению со средней.

Количественный анализ показывает, что совокупность инжектируемых электронов внутри резонатора для колебаний Е»о по конфигурации напоминает двумерный

«вихрь», у которого на оси скорость частиц максимальна, а иа периферии — минимальна. Его боковые огибающие описываются функцией 1о(Кг), а ширина равна

2 . Z = 2 агс sin . — (1)

У 1,2

20 25 зо

ppg+I, когда высота вихря близка к радиусу резонатора, равно 8 и растет с уменьшением его высоты теоретически до бесконечности. Эти соображения показывают возможность получения больших коэффициентов трансформации.

Коэффициент трансформации может быть увеличен не только за счет уменьшения высоты вихря, но и посредством его расположения вблизи одного из днищ длинного резонатора (это целесообразно, например, в структуре типа Альвареца). Небольшое снижение КПД при одностороннем взаимодействии компенсируется возможностью выбора оптимальной высоты вихря. Отметим также, что для уменьшения влияния кулоновского поля инжектируемого пучка источник электронов может быть выполнен квазикольцевым по азимуту.

Машинные расчеты КПД в кинематическом приближении показывают возможность передачи в резонатор в практически интересных случаях до 80% энергии инжектируемого пучка.

Таким образом, предлагаемый способ, при сохранении достаточно высокого электронного КПД, позволяет упростить ускоритель за счет его возбуждения немодулированиым пучком и поднять коэффициент трансформации энергии, что позволит снизить напряжение источника питания. определяется по г из соотKm С (21

50 .> u

Радиальный размер вихря точкой поворота траектории ношения:

t u )

V 1 — 4/ (KI) где Š— напряженность поля, А — безразмерный параметр, К вЂ” волновое число, остальные обозначения общепринятые.

Если определить коэффициент трансформации g как отношение энергии, приобретаемой аксиально-ускоренным пучком (с учетом коэффициента взаимодействия), а энергии радиально-инжектируемого пучка по соотношению (2), то

4зо

/ :

V 1 + >, <1 — y 1 - -; о) V »

2 2

В нералятивистском случае о

f)

/„(Кгд) где г„— радиус точки повороl;i.

Отсюда видно, что минимальное зи а че ние коэффициента трансформации при

35 ао

Формула изобретения

Способ трансформации сильноточного пучка в высокоэнергетичный передачей энергии от возбуждающего пучка к ускоряемому через электромагнитное поле колебательной системы, отличающийся тем, что, с целью упрощения ускорителя и повышения коэффициента трансформации, возбуждение колебательной системы производят немодулированиым пучком, инжектируемым перпендикулярно к электрическому и магнитному полю, а токоприемник, например днище резонатора, располагают в области, где скорость частиц имеет минимальное значение.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бурштейн 3. Л., Воскресенский Г. В,, Курдюмов В. 11. Резонаториый ускоритель с возбуждением электронным пучком. Труды V Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, М., «Наука», 1977, т. 2, с. 35.

2. Патент Великобритании ¹ 813953, кл. Н 05Н 9/00, опублик. 1968.

Редактор Е. Месроиова

Составигель Е. Медведев ехред А. Камышникова

Корректор Л. Слепая

Заказ 1018/7 Изд. № 183 !ира>к 85G Подписное

I II IO «Поиск» Государственного I QMJITQT;1 СССР по делам изобретений и открытий

113035, I 1осква, Ж;-35, Раушская иаб., д. 4/5 Типографии, пр. Сапунова, 2