Фокусирующее устройство синхроциклотрона

Фокусирующее устройство синхроциклотрона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<щ743 243 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15,1277 (21) 2555709/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 250680. Бкзллетеиь Ио 23

®)И К„2

Н 05 Н 13/02

Государственный комитет

СССР по дедам изобретений н открытий (S3) УДК 621. 384..6 (088.8) Дата опубликования описания 250680 (72) Авторь1 . изобретения

Н.К. Абросимов, A. В. Куликов и Г. Ф. Михеев (7 3 ),3a яв итель

Ленинградский институт ядерной физики им. Б,Д. Константинова (54) ФОКУСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО СИНХРОЦИКЛОТРОНА

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для увеличения тока пучка частиц -синхроциклотрона, работающего с ионным ис точником открытого типа.

Известны фокусирующие устройства для увеличения тока пучка ионов синхроциклотрона, обеспечивающие дополнительную вертикальную фокусировку частиц за счет формирования в центральной области статического магнитного пол я при помощи у ст ан авлив аемых в центре стальных цилиндров, кольцевых шимм, втулок н т.п. (1) °

Недостатком, таких устройств является практическая невозможность фор мирования на малых радиусах центральной области требуемого для фокусировки спада магн итно го поля, так как при любых устройствах из-за центральной симметрии магнитного поля в центре магнита - — / =0 а также изи ю за конструктивйых трудностей, связанных с наличием в центре магнита ионного источника, сохранения вертикальной апертуры.

Известны также фокусирующие устройства для увеличения тока пучка ионов с дополнительными электронно« оптическими элементами, создающими в центре синхроциклотрона азимутальную вариацию электромагнитного поля и обеспечивающими дополнительную вертикальную фокусировку пучка (2).

Недостатком такого рода фокусирующих устройств кроме трудностей их практической реализации является также их малая эффективность действия, так как фокусирующий эффект пропорционален скорости частиц, которая в центре ускорителя мала.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является фокусирующее устройство для увеличения тока внутреннего пучка ионов синхроциклотрона, работающего с ионным источником открытого типа, основанное на создании дополнительной вертикальной фокусировки эа счет формирования в центральной об-, ласти синхроциклотрона статического электрического поля при помощи дополнительного бокового электрода (3) .

Это фокусирующее устройство состоит из дуанта и бокового электрода в виде двух пластин, который расr

743243

1О

20

ЗО

40

55

60 полагается в центре ускорителя проГ тив щели дуанта. Между ними находится ионный источник открытого типа.

Расстояние от бокового электрода до центра синхроциклотрона не равно расстоянию от центра до дуанта. На боковой электрод подается отрицательный потенциал от отдельного источника, причем величина этого потенциала не равна потенциалу отрицательного смещения на дуант. За счет несимметричного расположения бокового электрода .и дуанта относительно центра синхроциклотрона, а также разности потенциалов между ними в центральной области создается асимметричное электростатическое поле, фокусирующее частицы в вертикальном направлении.

Недостатком такого фокусирующего устройства является его малая эффективность, так как положительный эффект увеличения интенсивности достигает ся, з а счет асимметричного элект ростатического поля относительно оси щели дуанта, обусловленной как раз иост ью пот ен ци ало в между ду ан том и боковым электродом, так и асимметричным расположением самого электрода. За счет такой асимметрии сам положительный эффект является компромиссом между фокусирующим действием электрода в вертикальном направлении и дефокусирующим в радиальном, что связано с действием на пучок частиц горизонтальной составляющей электростатического поля, которая . приводит к дрейфу центров орбит параллельно щели дуанта. По этой же причине происходит значительное уменьшение области захвата в режим ускорения.

Цель изобретения - повышение эффективности фокусирующего устройства и увеличение интенсивности внутреннего пучка синхроциклотрона.

Цель достигается тем, что в фокусирующее устройство синхроциклотрона, содержащее дуант, соединенный с источником отрицательного смещения, и боковой электрод, дополнительно введен центральный электрод, состоящий из двух пластин, расположенных симметрично медианной плоскости, подключенный к дополнительному источнику положительного напряжения и одновременно выполняющий роль анодов ионного источника, катоды кодорого находятся под постоянным потенциалом по отношению к пластинам центрального электрода, создаваемым, например, с помощью блока питания катодов, соединенного последовательно с источником положительного напряжения центрального электрода, а боковой электрод установлен симметрично дуанту относительно центра синхроциклотрона и подключен к источни ку отрицательного смещени я дуанта.

Пластины центрального электрода имеют форму элли псов, вытянутых вдоль щели дуанта, с конусообразны- . ми приливами, обращенными к медиан— ной плоскости, в центре которых имеется цилиндрическое отверстие для дуги ионного источника синхроциклотрона.

Для симметрирования фокусирующего устройства относительно медианной плоскости между пластинами центрального электрода вводится дополнительная разность потенциалов, например, от дополнительного источника, включенного последовательно с основным.

Для ликвидации паразитного пеннинговского разряда, приводящего к искажению геометрии фокусирующего поля, нагреву пластин и увеличению мощности пит ающи х устрой ст в, между пластинами центрального электрода и крышками вакуумной камеры помещены два изолятора, перекрывающие всю область по периферии центрального электрода.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, разрез по вертикальной . плоскости, проходящей через центр синхроциклотрона;на фиг. 2 — то же, вид сверху.

Устройство содержит центральный фокусирующий 1 и боковой 2 электроды, дуант 3 синхроциклотрона, катоды 4 ионного источника, штуцер 5 подачи газа к ионному источнику, конденсаторы б, изоляционные пластины

7, стенку 8 вакуумной камеры синхроциклотрона, проходные изоляторы 9, источник 10 положительного напряжения на центральный электрод, блок

11 питания катодов ионного источника, источник 12 отрицательного смещения на дуант и боковой электрод 13 — отверстие в пластине центрального эле ктрода.

В центральную область синхроциклотрона между дуантом 3 и боковым электродом 2, состоящим из двух полукруглых пластин, помещен дополнительный центральный фокусирующий © о электрод 1, состоящий также из двух пластин, расположенных симметрично по отношению к медианной плоскости синхроциклотрона ХОУ. Пластины центрального электрода 1 в плане имеют форму вытянутого эллипса и со стороны, обращенной к медианной плоскости, имеют приливы в форме усеченного конуса. Центр пластин совпадает с центром магнитного поля синхроциклотрона, Пластины бокового электрода 2 и дуант 3 расположены симметрично на одинаковом расстоянии от оси

ОХ, а расстояние между пластинами бокового электрода 2 по.вертикали равно вертикальной апертуре дуанта.

743243

Обе пластины центрального электрода 1 электрически объединены и подключены к источнику 10 положительного смещения. Обе пластины бокового электрода 2 также электрически. объединены и подключены к источнику 5

12 отрицательного смещения на дуайт и боковой электрод.

Таким образом электроды 1 и 2 совместно с дуантом 3 образуют в центральной области синхроциклотрона симметричную статическую электронно-оптическую систему, которая и обеспечивает дополнительную вертикальную фокусировку частиц к медианной nrrocKocT . Величину напряженности фоку сирующего электрического поля можно менять при помощи источника смещения 10.

Все пластины как центрального,так и бокового электродов заземлены по высокочастотному напряжению конденсаторами б, одновременно выполняющими роль конструктивных элементов, при помощи которых соответствующие пластины крепятся к крышкам камеры.

Таким образом, дополнительные электроды по отношению к ускоряющему высокочастотному напряжению играют роль антидуантной заземленной рамки, не нарушая процесса ускорения частиц.

25

Для обеспечения оптимальных условий работы дуги ионного источника вне

Так как на пластины центрального электрода подается положительный потенциал, требуемый для получения

65 зависимости от величины потенциала, подаваемого на центральный электрод, последний конструктивно совмещен с ионным источником. Для этого к каждой из пластин центрального электрода прикреплены две камеры, в которых расположены катоды .4 ионного источника. В эти же камеры через штуцера, 5 подается газ. Электроны и протоны дуги ионного источника осциллируют между катодами 4 через цилиндрические отверстия 13, находящиеся в цент- 45 ре пластин центрального электрода

1. Оба катода 4 электрически объединены и подключены к блоку 11 питания катодов ионного источника, при помощи которого можно изменять по- 50 тенциал катодов 4 по отношению к потенциалу центрального электрода 1, управляя режимом дуги. Для этого источники 11 и 10 могут быть соединены, например, последователbHo, С точки зрения работы ионного источника центральные пластины 1 выполняют роль анода. При этом сама дуга ионного источника находится -под потенциалом, близким к потенциалу пластин центрального электрода. вертикальной фокусировки, около них может возникнуть паразитный пеннинговский разряд в направлении магнитных силовых линий, для которого электрод 1 является анодом, а крыаки вакуумной камеры катодами. Дуга этого паразитного разряда, занимая всю область по периферии центрального электрода, может искажать распределение электростатического поля в, центральной области, а также приводит к нагреву центрального электрода и излишней загрузке источника его питания.

Для полного подавления этого паразитного разряда на крышки вакуумной камеры помещены изолирующие пластины 7, перекрывающие всю зону по периферии центрального электрода.

Формул а и зо брете ни я

1. Фокусирующее устройство синхроциклотрона, содержащее дуант, соединенный с источником отрицательно" го смещения и боковой электрод, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности фокусировки, в устройство введен центральный электрод, состоящий из двух пластин, расположенных симметрично медианной плоскости, подключенный к дополнительному источнику положительного напряжения и .одновременно выполняющий роль анодов ионного источника, катоды которого находятся под постоянным .потенциалом по отношению к пластинам центрального. электрода, создаваемым, например, с помощью блока питания катодов, соединенного последовательно с источником положительного напряжения центрального электрода, а боковой электрод установлен симметрично дуанту относительно центра синхроциклотрона и подключен к .источнику отрицательного смещения дуанта.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что пластины центрального электрода имеют форму эллипсов, вытянутых вдоль щели.дуанта, с конусообразными приливами, обращенными к медианной плоскости, в центре которых имеется цилиндрическое отверстие для дуги ионного источника.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ликвидации паразитного пеннинговского разряда, приводящего к искажению геометрии фокусирующего поля, между пластинами центрального электрода и крышками вакуумной камеры, помещены два изолятора, перекрывающие

743243 всю область по периферии центрально-, го электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Данилов В.И. и др. Фокусирующее устройство. Предприятие ОИЯИ, Р9-3181, Дубна, 1967.

2. Кельман В.М. и др. Ионносптическая система ЖТФ, XIII вып. 5, 1958, 1056-1063.

3. Данилов В.И. и др. Труды международной конференции по ускорите5 лям, Дубна, 1963, M., Атомиздат, 1964, 591-594.

743243

Составитель Н. Валуев

Редактор П. Горькова Техред Э.Вереи . Корректор Г. Назарова

Заказ 3491/51 Тираж 885 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4