Способ ускорения заряженных частиц

Способ ускорения заряженных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик о>782721 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(51) М. Кл.® (22) Заявлено 040679 (21) 2774647/18-25 с присоединением заявки ¹â€”

Н 05 Н 9/00

Государственный комнтет

СССР

00 делам нзобретеннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 3 И081. Бюллетень ¹ 40 (53) УДК 621. 384..6(088.8) Дата опубликования описания 301081 (72) Авторы изобретения

В.A.Âèøíÿêîâ и A.М.Шендерович (71) Заявитель (54) СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к ускорительной технике.

Известны методы ускорения заряженных частиц, в которых ускорение частиц осуществляют с помощью высокочастотных ускоряющих структур резонаторов или волноводов Г13 .

Эти методы основаны на возбуждении в высокочастотных структурах бегущих или стоячих электромагнитных

ТМ-волн, продольная составляющая электрического поля которых и осуществляет ускорение частиц.

Недостатком этих методов является наличие большой величины элект- 15 рическог поля ТИ-волны у металлических стенок ускоряющей структуры. В связи с этим из-за опасности развития пробоя ограниченй возможности увеличения напряженности ускоряющего поля.

Наиболее близким техническим решением является способ ускорения-за ряженных частиц с помощью высокочастотного цилиндрического резонатора (2) Л

В таком резонаторе возбуждают стоячую электромагнитную TM-волну, содержащую продольную и поперечную составляющие электрического поля и п печнчю составляющую магнитного ЗО поля. Пучок заряженных частиц пропускают вдоль оси резонатора, где осуществляется его ускорение с помощью продольной составляющей электрического поля

Недостатком этого способа является наличие большой величины продольного электрического поля на торцовых металлических стенках резонатора, а в некоторых случаях также и больших величин поперечных составляющих электрического поля на его боковых поверхностях. Благодаря этому напряженность продольного ускоряющего Поля в известном способе ограничивается величиной порядка 10 В/см иэ-за опасности развития пробоя.

Целью изобретения является увеличение напряженности ускоряющего поля за счет увеличения электрической прочности резонатора.

Цель достигается тем, что при осуществлении способа ускорения заряженных частиц с помощью электромагнитного поля возбуждаемого в высокрчастотном цилиндрическом резонаторе, ускорение пучка осуществляют, пропуская его в полости, перпендикулярной продольной оси резонатора, в котором, возбуждают, электромагнитную ТЕ-волну с танген782721 же направлено под углом к траектории пучка (угол at см.чертеж), однако по мере его движения электрическое доле возрастает и угол между его направлением и траекторией пучка уменьшается. Наконец в точке 3 угол с(, обращается в нуль, при этом действие цоля на пучок наиболее эффективно: вцбором расстояния Ь достигают того, чтобы электрическое поле в этой точ ке траектории пучка было максимальйо. При этом полный прирост энергии частицы в резонаторе будет максимальным (при дальнейшем движении после точки 3 ускоряющее поле уменьшается и угол между его направлением .и траек15 торией пучка увеличивается), Рассмотрим принцип действия предлагаемого способа ускорения.Электромагнитное поле TE-волн, как известно, определяется соотношением:

20 nrn ив 1Щ )5) — 08 (о>„„„ +ч) Р п3.. иТ с у qadi

"у = — ntn „(6 — ) сое з эи (иг „- +ч ) ш„ „д " R д Ф

Н вЂ” g ц Е не,)0 Ят -«р-)Ь1ю Р 8«п(юн т + )

pN R> y где Г„

,) 1о

6 —

Ч ю

Р

+" ж

Из формулы (1) видно, что электрическое поле обращается в нуль на всех стенках резонатора. Поэтому даже при большой величине этого поля порядка 10 В/см при достаточно вы- 5p . соком вакууме в резонаторе не разовьется пробой. Это следует из того известно факта, что при высоком вакууме развитие пробоя начинается с приэлектродной области, а в самом вакуумном промежутке в случае, когда его размеры Существенно меньше длины свободного пробега молекул остаточного газч, пробой не развивается (при отсутствии затравки из области электродов). dp для"получения максимального"прироста энергии ускоряемый пучок надо пропускать в области, .где ускоряю щее электрическое поле имеет Максимальную величину, т.е. согласно формулы 65.где за. x=O принята точка 3 (см.чертеж)

Следует заметить, что могут быть выбраны условия, прн которых эффективность предлагаемого метода будет еще более высокой. Так можно пропускать пучок по криволинейной траектории, показанной на чертеже пунктиром

4. При этом длина пути частиц в резонаторе уменьшается как раз за счет участков, где пучок, движущийся по циально направленным вблизи -стенок резонатора" электрйческим полем.

Способ проиллюстрирован чертежом.

В цилиндрическом резонаторе 1 с круговым поперечным сечением возбуждают ТЕ-волну, имеющую следующие компонентй: азимутальиое электрическое поле Е„, радиальное магнитное поле Н и продольное магнитное поле

Н.. Ускоряющий пучок 2 пропускак«т через резонатор перпендикулярно его оси — вдоль оси х (см.чертеж). Расстояние Ь бт оси резонатора до оси х выбирают таким образом, чтобы

"электрическое поле в точке 3 траекторий пучка было близко к максимальному. При этом прирост энергии частиц в резонаторе будет близок к максймальному. При движении вдоль оси х пучок сйачала вблизи стенки попадает в малое электрическое поле, которое к тому постоянная величина, определяющая амплитуду колебанийу функции Бессаля; корень уравнения.ЦФ)=0; скорость света; фаза колебаний собственная частота резонатора, радиус резонатора, его длина (см.чертеж).

1} в области, где В(п Z =1. Бу( йЦ дем считать для простотЪ, что ускоряеьМй пучок движется- равномерно и прямолинейно вдоль оси х: хО+V t (3)

Это практически выполняется для релятивистских пучков, либо имеющих достаточно большую начальную энергию„ либо движущихся в фокусирующем продольном магнитном поле. В обоих этих случаях влиянием высокочастотного магнитного. поля Н можно пренебречь (поле Ну=О) в выбранной области, rye s n a -".1.

В этих предположениях легко получить следующее выражение для прироста энергии частицы, пролетевшей резонатор

782721

Формула изобретения

Составитель Л.Моев

Редактор E.Ìåñðîïîâà Техред М.Голинка Корректор В.Бутяга

Заказ 9176/35 Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,f прямолинейной траектории 2, находится в тормозящей фазе, а на самих этих участках пучок движется перпендикулярно направлению электрического поля и не тормозится.

Кроме того рассмотренный цилиндрический резонатор с круговым поперечным сечением является не единственно возможным для реализации предлагаемого способа ускорения. Электромагнитные колебания с тангенциально направленным у стенок резонатора электрическим полем возможны, как известно, и в других структурах.

Так перспективным представляется использование цилиндрического резонатора с эллиптическим поперечным сечением. Здесь из-за уменьшения угла пролета при движении пучка параллельно короткой оси эллипса можно повысить среднюю напряженность ускоРяющего поля.

Способ ускорения заряженных частиц с помощью электромагнитного поля, возбуждаемого в высокочастотном цилиндрическом резонаторе, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения напряженности ускоряющего поля, ускорение пучка осуществляют, пропуская его в плоскости, перпендикулярной продольной оси резонатора, в котором возбуждают электромагнитную

ТЕ-волну с тангенциально направленным у стенок резонатора электрическим полем.

Источники информации принятые Во. внимание при экспертизе

1. Вальднер О .A. Линейные ускорители электронов. — Атомиздат, М., 1966.

2. Вальднер О.A. Власов A.Ä., Шальнов A.Â.. Линейные ускорители.

-Лтомиздат, M., 1969. ./