Способ ускорения положительных ионов электродными кольцами

(51) 4 Н 05 Н 7 /00Н 0 5 Н 1 3 /00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ всасоф К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП(РЫТЗФ(71) Объединенный институт ядерных исследований(56) Кошер Е.Г. Основы ускоритель" ной .техники. М., Атомиздат, 1975, с. 97.Саранцев В.П, Коллективное ускорение ионов электронными кольцами. И., Атомизадт, 1979, с. 18.(54)(57) СПОСОБ УСКОРЕНИЯ.ПОЛОЖИТЕЛЬ 11 ЫХ ИОНОВ ЭЛЕКТРОННЫМИ КОЛЬЦАМИ,заключающийся в том, что в продольном магнитном поле формируют электронное кольцо, в которое инжектируют нейтральные атомы, а после ихнонизации электронное кольцо ускоряют вдоль магнитного поля, о т л ичающийся тем, что, сцелью улучшения оптических свойств пучка ускоренных ионов, нейтральные атомы инжектируют по касательной к электронному кольцу с начальной скоростью, равной ЕцеВВ 7 = --- ( 2 АсМо ф где Ейе - средний заряд; А - массовое число ускоряемыхионов; М- масса нуклона; с - скорость света; ( - радиус .электронного кольца после формирования;Ф В - средняя индукция магнитного поля после формирования кольца, С: и направленной противоположно скорости, приобретаемой ионами в крае- . Я вом магнитном поле на выходе ускори- теляИзобретение относится к ускори-. тельной технике, а именно к коллективным ускорителям ионов электронными кольцами и может быть использо" вано для уменьшения эффективного 5 эмиттанса выведенного пучка ионов.Известен способ коллективного ускорения ионов, заключающийся в совместном ускорении электронно-ионного пучка. 1 ОНедостатком этого способа является трудность получения и транспортировки частиц при его реализации,Наиболее близким к изобретению по техническому решению является 15 способ коллективного ускорения положительных ионов электронными кольцами, заключающийся в том, что в магнитном поле формируют электронное кольцо, вводят неитральные атомы с 20 небольшой начальной скоростью (тепловой) и без выделенного направления, а затем производят ускорение электронно-ионного кольца вдоль его оси симметрии. 25Недостатком этого способа является то, что ионы на выходе из ускорителя приобретают азимутальную скорость, которая приводит к поперечной расходимости при транспортировке 30 пучка.Целью изобретения является улучшение оптических свойств пучка ускоренных ионов за счет уменьшения их поперечной расходимости на выходе уско- З 5 рителя.. Цель достигается тем, что согласно способу ускорения положительных ионов электронными кольцами, заключающемуся в том, что в продольном магнитном поле формируют электронное кольцо, в которое инжектируют нейтральные атомы, а после их ионизации электронное кольцо ускоряют вдоль45 магнитного поля, нейтральные атомы чнжектируют по касательной к электронному кольцу с начальной скоростью, равной ЕиеГВ2 АсМсредний заряд;массовое число ускоряемыхионов;масса нуклона;скорость света;радиус электронного кольцапосле формирования; В - средняя индукция магнитногополя после формированиякольца,и направленной противоположно скорости, приобретаемой ионами в краевоммагнитном поле на выходе ускорителя,Кроме того, с целью упрощения инжекции ионов в кольцо, нейтральныеатомы вводят в сформированное электронное кольцо в направлении, противоположном скорости электронов с начальной скоростью, относящейся к ко"нечной азимутальной скорости, приобретаемой в краевом магнитном полеускорителя, как конечный радиус кольца относится к радиусу сформированного электронного кольца.Способ .осуществляют следующим образом.Сначала формируют кольцо релятивистких электронов в магнитном поле.Например, в коллективном ускорителеионов электронными кольцами, Такоекольцо, сжатое в магнитном поле2 Тл, имеет параметры: число элек"тронов в кольце Яе - 10 ; энергияВэлектронов В - 20 мэВ; радиус кольца 3,5 см; радиус поперечного сечения кольца а = 0,2 см.Затем в электронное кольцо по касательной к нему, вводят нейтральные .атомы ускоряемого элемента сначальной скоростью Ч, и в направлении, противоположном скоростиэлектронов, Под действием электронов кольца нейтральные атомы ионизи 1руются и положительные ионы с начальной азимутальной скоростью Ч накаполиваются и удерживаются в кольцеего собственным электрическим полем, а средний заряд ионов Еи возрастает в течение времени удержания кольца.Поскольку ионы рождаются в продольном магнитном поле со среднейиндуктивностью В на радиусе Й, тои они имеют начальный момент количества движения ЕиеГ ВМ=АМЧК+о 1 2 с (1) где е - заряд электрона;с - скорость света;А - массовое число иона;М " масса нуклона. После некоторого промежутка времени удержания кольца, с целью достижения ионами нужной степени иони10927 б 7 зации, производят ускорение электронного кольца вдоль оси симметрии магнитного поля.На выходе из области ускорения в краевом магнитном поле ускорителя ионы приобретают азимутальную скорость Ч .Величина приобретаемой ионами азимутальной скорости определяется из условия постоянства момента количества движения ООВ Для приведенных параметров кольца электронов и обычного для ускоре 2 и 1ния отношенияА 10й - аз имутальная скорость иона в единицах скоростиЧьу -9 света составлен ,и = - =1,1.10У с что соответствует энергии иона, равкэВ ной л 0,5 - --нукл.Техред Л.Олейник Корректор ,В. сутяга Редактор Л, Письман Тираж 765 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 3724/1 Производственно-полиграфическое предприятие" г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Таким образом, сообщая нейтральным атомам, вводимым в кольцо, начальную скорость Чо, равную Чу ипротивоположного направления,удается точно устранить азимутальную скорость ионов одной какой-нибудь заряд-ности и уменьшить ее примерно в 100.раз для тяжелых ионов (А100) с зарядом, отличным друг от друга на одну,две единицы заряда. Такой набор зарядностей охватывает 803 интенсивности пучка.Для указанных параметров кольцаэлектронов и скорости ионов, равнойЧо = Ч, их вращение приводит к радиальной поляризации электронов иионов, намного меньшей малого размера а сечения кольца, т,е. вращающиеся ионы удерживаются в электрон.ном кольце его собственным электрическим полем,Выбор загрузки электронного кольца ионами путем введения в него нейтральных атомов с нужной скоростьюобусловлен техническими требованиями.Если принять сечение ионизации нейтральных атомов электронным ударомравным .3.10 см , время загрузки-10с для указанных параметров кольца, то требуемая плотность потока 1 О нейтронов составляет л 3,3.10 Бйотицс.сТребуемую скорость нейтральныматомом можно сообщить, например, получив однозарядные ионы:этого элемента, ускорив их до нужной скорости иосуществив перезарядку на тонкой мивени, Это, в свою очередь, приводитк плотности тока однозарядных ионов,иАравной " 200 - , что вполне доступно при технической реализации.Нейтральные атомы ускоряемогоэлемента вводят в электронное. кольцона любом радиусе его сжатия и соскоростью, определяемой значениемэтого радиуса, но меньшей значения Недостающую до Чс скорость ионыв этом случае получают в процессе З 0 сжатия электронно-ионного кольца доконечного радиуса, при котором происходит ускорение ионов. В остальном указанные соображения справедли,вы и для этого случая инжекции ионов 35в кольцо электронов.Таким образом, технические преимущества предлагаемого способа эакл 1 очаются прежде всего в том,.что онпозволяет устранить азимутальную ско рость ионов на выходе из ускорителя,тем самым обеспечивая вывод, транГ,1спортировку и,фокусировку пучкаионов на мишени. муроме того, требования, налагаемые предлагаемым спо собом к методу инжекции ионов в кольцо электронов, существенно его неусложняют.