Адгезатор коллективного ускорителя

(11 56 О 371 Фоюа Советских Социалистических Республик61) Дополнительное к авт, свпд-ву22) Заявлено 17.04.75 (21) 21204032 1) М. Клз Н инением заявки М авета Министоов СССРпо делам изобретений Опублико 30.05,77. Ьюлле20 ДК 621,394,637и открытий Дата опубликования описания 13.07.77 Авторыизобретен Павлов, Б. А, Шестаков, В, Г. Новикорщинин и И, С. Боровков аранцев,НЗаявител 4) АДГЕЗАТОР КОЛЛЕКТИВНОГО УСКОРИТЕ 2 Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано при разработке коллективных ускорителей тяжелых частиц.Известен адгезатор коллективного ускорителя 111, содержащий магнитообразующие катушки и камеру.Загрузка электронного кольца, формируемого в поле магнитообразующих катушек, осуществляется за счет непрерывной подачи рабочего газа в камеру. В результате ионизации газа в электронном кольце, в процессе его сжатия, происходит его загрузка положительными ионами, которые в дальнейшем ускоряются до высоких энергий вместе с электронным кольцом.Однако известный адгезатор,вкотором загрузка электронного кольца происходит в процессе его с 1 катия (длительность процесса - 0,3 - 3 мсек), имеет существенные недостатки. В таком адгезаторе кольцо проходит ряд электронно-ионных неустойчивых резонансных состояний, Кроме того, при загрузке кольца в процессе его сжатия велика дисперсия захваченных ионов по зарядности, обусловленная различием времен пребывания атомов в электронном кольце. При ускорении ионы с малыми зарядами выпадают из кольца, разгон же кольца с переменной массой - чрезвычайно сложная задача. обретеншо является ускорителя 21, соощие катушки и каном из которых разеноид, форкамеру с лектродинамический сопловое отверстие, во и вакуумную си 1 осудерственныи комитет23) Приоритет Наиоолее олизким и изадгезатор коллективногодержащий магнитообразумеру с патрубками, на од5 мещен ускоряющий солсопловым отверстием, эклапан, перекрывающийколлимирующее устройстстему.10 В таком адгезаторе загрузка электронногокольца осуществляется после завершения процесса его сжатия за время порядка 100 мксек. Такая загрузка осуществляется за 15 счет открытия в определенный момент электродинамического клапана и пропуска ния струи газа через коллимирующее устройство в зону сформированного электронного кольца,Однако известный адгезатор имеет ряд не достатков. Во-первых, подаваемый в адгезатор рабочий газ используется недостаточно эффективно в результате того, что время инжекции газа в электронное кольцо не дОлж- по превышать 100 мксек, тогда как продол жптельность истечения газа из сопла составляет (за 1 цикл) 1 - 2 мсек, т. е. доля полезно используемого газа будет не больше 0,1.Снижени 1 о эффективности использованиярабочего газа способствует также наличие 30 промежутка Оольшой Длины между выходомиз формокамеры и зоной ионизации в электронном кольце,В этом промежутке расположено коллимирующее устройство, выполненное в виде перегородок с отверстиями, отклоняющее основную часть газа к вакуумной системе адгезатора, в результате чего для загрузки кольца используется малая часть газа (не более 10 - ), и значительно увеличивается газовая нагрузка на вакуумную систему адгезатора.Целью изобретения является повышение эффективности использования рабочего газа и уменьшение газовой нагрузки на вакуумную систему адгезатора.Поставленная цель достигается тем, что колли лирующее устройство выполнено в виде размещенной в камере адгезатора коаксиальной с ускоряющим соленоидом трубы с отверстиями, расположенными по окружности, лежащей в плоскости, параллельной медианной плоскости камеры, а форкамера размещена внутри коллимирующего устройства, причем ее сопловые отверстия расположены равномерно по окружности, коаксиальной с ускоряющим соленоидом, а оси сопл направлены через центры отверстий коллимирующего устройства к медианной плоскости камеры.Адгезатор коллективного ускорителя схематически изображен на чертеже.Он состоит из магнитообразующих катушек 1 и камеры 2 с двумя симметричными патрубками длиною в 1 м, ось которых проходит через центр камеры адгезатора 2 перпендикулярно ее медианной плоскости. На одном из патрубков размещен ускоряющий соленоид 3, а через другой в камеру адгезатора введен источник импульсного молекулярного пучка, состоящий из коллимирующего устройства и находящейся внутри него форкамеры. Форкамера 4 закреплена на полом штоке. Внутри форкамеры размещен электродинамический клапан 5 с диском б и спиралью 7. К форкамере подсоединен сопловой аппарат 8 с соплами 9, которые равномерно расположены на окружности, коаксиальной ускоряющему соленоиду 3, и патрубками камеры 2. Блок питания 10 клапана с помощью цепи синхронизации 11 электрически связан с магнитообразующими катушками 1. Находящееся внутри камеры 2 коллимирующее устройство 12 источника молекулярного пучка выполнено в виде трубы с коллимирующими отверстиями, коаксиальной соленоиду 3. Коллимирующие отверстия расположены на окружности вблизи от медианной плоскости камеры адгезатора. Оси сопл 9 проходят через центры коллимирующих отверстий,Адгезатор работает следующим образом.После введения электронного пучка в камеру 2 из него формируется электронный тороид, который далее сжимается в импульсном магнитном поле катушек 1. Изменение тока в катушках 1 происходит по программе, задаваемой системой синхронизации, т. е. в процессе сжатия система синхронизации за 10 15 2 О 25 30 35 40 45 50 55 бО 65 дает радиус электронного тороида в любой момент времени. При заданном значении тока в катушках 1 по цепи 11 подается сигнал на блок питания 10 клапана 5. Клапан срабатывает и рабочий газ через сопла 9 истекает из форкамеры в полость, образованную коллимирующим устройством, и далее через коллпмирующие отверстия в камеру адгезатора. Оси сопл 9 проходят через центры коллимирующих отверстий и пересекают медианную плоскость камеры адгезатора в точках окружности, совпадающей с осевой линией электронного тороида в момент, когда он должен быть загружен атомами рабочего газа. Поэтому атомы рабочего газа, прошедшие через коллимирующие отверстия, попадают в электронный тороид, ионизуются и захватываются полем электронов, Коллимирующее устройство 12 используется также в качестве вакуумной магистрали, через которую откачивается газ, истекший из сопл и не попавший в камеру адгезатора,В предлагаемом адгезаторе сопла источника расположены вблизи (на расстоянии 5 см) от медианной плоскости камеры адгезатора, т. е. приблизительно в 20 раз ближе к мишени (электронному тороиду), чем в известном адгезаторе. Это в 400 раз снижает расход газа при заданной его плотности на мишени.Первый (и единственный) коллиматор адгезатора находится в непосредственной близости (2 - 3 мм) от мишени, течение газа перед ним свободно молекулярное. Поэтому плотность потока на мишени равно плотности неколлимированного (свободного) потока, истекающего в вакуум, что уменьшает расход газа еще на 2 порядка по сравнению с прототипом.Благодаря тому, что в адгезаторе использован быстродействующий электродинамический клапан со сравнительно большим ( - 0,01 см) ходом и сопла с малыми диаметрами критического сечения (0,01 см), удалось реализовать истечение в вакуум струи газа, которая формируется и распадается за 50 - 60 мсек, причем параметры струи достигают значений, имеющих место при квазистационарномистечении. Это позволило отказаться от механического прерывателя свободно-молекулярного потока, использованного в известном адгезаторе, и снизить расход рабочего газа еще в 10 - 20 раз.Кроме того, в отличие от известного адгезатора, для загрузки электронного тороида используются центральные части струи газа, истекающего из сопл источника, что еще в 2 - 3 раза снижает расход рабочего газа.В результате расход рабочего газа в предлагаемом адгезаторе уменьшился приблизительно в 10 раз по сравнению с известным адгезатором, Неиспользованный газ откачивается из полости коллимирующего устройства одним насосом небольшой производительности (500 л/сек).560371 Формула изобретения Составитель В. Краснопольский Текред О. Тюрина Редактор Н. Коляда Корректор Е. Хмелева Заказ 1548/7 Изд. М 523 Гнракк 1014 Подписное ЦНИИПИ Государ твснного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Ратшская наб д. 4,5Типография, пр. Сапунова, 2 Адгезатор коллективного ускорите,1 я, содержащий магнитообразующие катушки и камеру с патрубкамина одном из которых размещен ускоршощий соленоид, форкамеру с сопливыми отверстиями, электродинамический клапан, и: рекрывающий сопловые отверстия, коллимирующсс устройство и вакуумную систему, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования рабочего газа и уменьшения газовой нагрузки на вакуумную систему адгезатора, коллимирующее устройство выполнено в виде размещенной в камерс адгезатора коаксиальной с ускоряющим соленоидом трубы с отверстиями, расположенными по окружности, лежащей в плоскости, параллельной медианной плоскости камеры, а форкамера размещена внутри коллпмирующего устройства, причем ее сопловые отверстия расположены равномерно по окружности, коаксиальной с ускоряющим соленоидом, а оси сопл направлены через центры отверстий коллимирующего устройства к медианной плоскости камеры.Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе:1. Саранцев В. П. и др. Эксперименты поускорению а-частиц коллективным методом.ЖЭТФ, т. 60, вып. 5, 1971 г стр. 1980.2. Кгацй Н. Мо 1 есц 1 аг Ьеагп аррагацз 15 1 ог йет 1 пед 1 оайпо о йе е 1 ес 1 гоп г 1 п, Тгте