Способ ускорения тяжелых частиц в синхрофазотроне

Союз Соввтских Социалистических Республик(51) М аявкиприсоединени Государственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретенийи открытий 23) Г 1 р ДК 621.384,6(72) Авторы изобретен А. И, Михайлов, Г. П, Пучков и К. В. ЧехловОбъединенный институт ядерных исследований(71) Заявит 54) СПОСОБ КОРЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ЧАСТИНХРОФАЗОТРО НЕ асти ускоригармо как и наускорезначения пользоваряющего д к уско- рерывном Изобретение относится к оолтельнои техники.Возможность ускорения дейтронов, к-частиц и других ядер на действующих протонных синхротронах с использованием в качестве инжекторов имеющихся линейных ускорителей приводит к необходимости значительного расширения частотного диапазона высокочастотной ускоряющей системы и, следовательно, к ее коренной реконструкции.Известен способ двухэтапного синхротронного ускорения на разных гармониках ускоряющего поля, заключающийся в том, что первый этап ускорения начинают после инжекции частиц в камеру ускорителя на второй гармонике и продолжают до тех пор, пока частота ускоряющего поля либо превысит значение частоты в момент инжекции в два раза, либо достигнет верхней границы частотного диапазона. Во избежание потери пучка частиц переход ко второму этапу, связанному с понижением частоты ускоряющего поля в два раза и перестройкой ускоряющей системы с одной частоты на другую, осуществляют при выключенном (на время перестройки) ускоряющем поле в режиме постоянного во времени магнитного поля (стола). Второй этап ускорения начинают с повторного включения ускоряющего поля после перестройки ускоряющей системы, осуществляя повторный захват пуч 2ка в синхротрный режим и ускорение припоследующем росте магнитного поля. 11 ри повторном захвате частиц во второй этап ускорения и переходе магнитного поля от постоян 5 ного ко вновь растущему неминуемо происходит потеря частиц, и эффективность переходаот первого этапа ко второму составляет от бОдо со%, В этом заключаются основные недостатки указанного способа ускорения,10 для уменьшения потерь частиц при переходе от первого этапа ко второму увеличиваютведущее магнитное поле и в момент удвоениячастоты обращения пучка по сравнению с частотои при инжекции ко второп гармонике до 15 оавляют первую гармонику со сдвигом по фазе по отношени 1 о ко вгорои гармонике, равным л, при этом сначала адиабатически увеличивают амплитуду первои гармоники, а затем также адиабатически уменьшают ампли 20 туЛу второй гармоники,Ускорение осуществляется на второ нике ускоряющего поля, т. е. также, первом этапе двухэтапного режима ния. 11 ри достижении двухкратного начальной частоты ускорения и ис нии несинусоидальной формы уско поля осуществляют плавный перехо рению на первой гармонике при неп нарастании магнитного поля.499692 сепаратрисы имеет вид: у / е 1"1 КзРз 1 1 Г 11 ЬЕз- З 1 Пу+ 2 - З 1 П(2 р+ 1) - 9+ 1-мп1Е 1 где аь формула изобретения еР 1 = 2 ЬЕз,Первый интеграл фазового уравнения для- круговая частота ускоряющегополя;- полная энергия равновесной частицы;- прирост энергии равновеснойчастицы за один оборот;и 18 - 1+211 - и и - показатель спада магнитного поля по радиусу;Й - радиус, равновесной орбиты;Е - суммарная длина прямолинейных промежутков;- относительная скорость равновесной частицы;Р 1, Р 11 - соответственно амплитуды ускоряющего поля первой и второйгармоник;1 р - фаза ускоряющего поля;301 сеп - ПОСтОЯНнаЯ ИНтЕГрИРОВННИЯ ДЛЯсепаратрисы.Постоянная Ссеп определяется из условия,что 1 р=О при р= - р., а 1 р, может быть найдено из уравненияЬЕ = е 1 соз р + е 11 соз(т - 2 р),и таким образомСп= СОЗ + СОЗ(1 - 2 у) + 4011"и+ з 1 п у --- з 1 п(т - 2 р,), (2)3 2 рг с1Форма и размеры области фазовой устойчивости всецело зависят от соотношения между амплитудами гармоник и фазового сдвигамежду ними. Очевидно, что наибольший фазовый размер имеет место при =11,Способ иллюстрируется чертежами (фиг, 1 50и 2).На фиг. 1 показаны области устойчивости,ограничиваемые сепаратрисами, вычерченными в соответствии с уравнениями (1) и (2)при у=л, для следующих пяти случаев: 551) Г 1 = О; еГ 11 = 2 ЬЕз 2) Р 1 =еК 11=2 ЬЕз 3) 1: 1/11, еК 11 = еУ 1 =-2 ЬЕз 4) Ь"и =. /1,2; еУ 1 = 2 ЬЕз 5) У 11 = О; Как следует из фиг. 1, при ускорении в первом случае на второй гармонике (р 1=0) имеются два сгустка, соответствующие двум областям устоичивости, обозначенным цифрами 1. Если в ускоряющее напряжение ввести первую гармонику и постепенно увеличивать ее амплитуду, то эти области устойчивости будут сближаться (см, сепаратриоы 2, соответствующие второму случаю), пока не сольются в одну см. область устоичивости 3, соответствующую третьему случаю). Если затем начать уменьшать амплитуду второй гармоники, оставляя амплитуду первой постоянной, то это приведет к дальнейшему изменению размеров и формы области устойчивости, как показано на 1 риг. 1 (см. сепаратрисы 4 и 5 для четвертого и пятого случаев).1 па ОСНОВаНИИ ПрОВЕдЕННОГО аНаЛИЗа ПрЕдложено осуществлять плавный переход от ускорения на второи гармонике к ускорению на первои гармонике в режиме непрерывно нарастающего магнитного поля путем добавления в момент перехода ко второй гармонике ускоряющего поля первой гармоники и плавного увеличения ее амплитуды, а затем плавного уменьшения амплитуды второй гармоники до ее полного исчезновения. Ыыбирая соответствующее соотношение между амплитудами первои и второй гармоник (фиг. 2) и скорости плавного изменения амплитуд, можно обеспечить постоянство или даже некоторое увеличение площади области устойчивости, что позволяет сохранить все частицы в процессе рассматриваемого перехода и, тем самым, повысить эффективность двухэтапно. го ускорения,Способ ускорения тяжелых частиц в син. хрофазотроне, заключающийся в двухэтапном синхротронном ускорении на второй гармонике ускоряющего поля на первом этапе и на первои гармонике - на втором, о т л и ч а ющийся тем, что, с целью уменьшения потерь частиц при переходе от первого этапа ко второму, увеличивают ведущее магнитное поле и в момент удвоения частоты обращения пучка по сравнению с частотой при инжекции ко второй гармонике добавляют первую гармонику со сдвигом по фазе по отношению ко второй гармонике, равным л, при этом сначала адиабатически увеличивают амплитуду первой гармоники, а затем также адиабатически уменьшают амплитуду второй гармоники,499692 Составитель Н. ВоронинТехред М. Семенов Корректор М. Лейзерман Редактор 14. Шубина Типография, пр, Сапунова, 2 Заказ 2498/14 Изд.067 Тираж 1029 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5