Устройство для формирования сильноточных пучков

ОП ИСАЙИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистицеских Республик(22) Заявлено 22.07.77 (21) 2510187/18-25 51) М. Н 05 Н 5,0 присоединением заявки-23) Приоритет -осударствоииый комитет ссср подолам и и откр) Авторы изобретен аучно-исследовательский институт ядерн физики при Томском политехническом институте им. С. М. Кирова(71) Заявите УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИ г(ЪНОТОЧНЫХ ПУЧКОВ Изобретение относится к технике получения сильноточных релятивистских электронных пучков (РЭП), которым отводится существенная роль в решении проблемы управляемого термоядерного синтеза, генерации мощных импульсов СВЧ-получения, в исследовании импульсной радиационной стойкости маТериалов, объектов и т. д.Известно устройство, состоящее из источника сильноточного РЭП цепочки резонаторов, в которых происходит дополнительное ускорение электронов пучка 11. Не о достатком этогоустройства является то, что отношение максимальных энергий электронов ца выходе и на входе резонаторов и не превь 1 шает двух и, следовательно, эффек=,тивцость автоускорения не велика, Крометого, ца выходе такого устройства формируется электронный пучок с большим энергетическим разбросом. сти автоускодого резона )е электроны взаимодейстДля улучшения эффективнреНия необходимо после кажтора убирать низкоэнергетичн(отработанные электроны послвия пучка с резонатором). Известно также устроиство, содержащее источник электронов, цепочку резонаторов с последовательно уменьшающимся периодом основной волны колебаний Тл и элементы (фильтры) для удаления ццзкоэцергетичных электронов 2 . Повышение эффективности автоускорения в этом устройстве происходит за счет удаления цз пучка низ коэцергетичных электронов с помощью металлических фольг (фильтров),Недостатком такого устройства является, то, что наряду с освобождешгем пучка от ццзкоэнергетичцых частиц происходит и торможение ускоренных частиц. Это снижает эффективность автоускор ция и ухудц 1 ает моноэнергетичность пучка электронов.11 ель предлагаемого изобретения - увеличение энергии электронов и уменьшение их энергетического разброса.;1 ля этого фильтры между резсгцаторамивыполнены в виде отрезков трубы дрейфаи заполнены газом при давлении:1+ Е л61 ( оооо) 1 л=61 (го)3где Е . -полная энергия электрона пучка,пройденного через резонатор, стоящий перед фильтром;Т. в пери основной волны колебанийрезонатора стоящего перед фильтром;т о . - масса покоя электрона;(. - скорость света;61 Ьцуй;(-сечение ионизации воздуха и газа.В этом случае каждый резонатор обеспечивает торможение электронов вблизи переднего фронта и электронов вблизи заднегофронта, Поэтому на выходе резонаторов низкоэнергетичные электроны будут располагаться в головной части пучка, а ускоренные высокочастотные - в конце пучка. Удаление отработанных низкочастотных электронов в предлагаемом устройстве будут происходить между резонаторами за счет неполной зарядовой нейтрализации головной части пучка при транспортировке его в нейтральном газе, что приведет к их рассыпанию под действием сил пространственного заряда улучшить ионоэнергетичность.1Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается удаление низкоэнергетичных отработанных электронов практически без торможения ускоренных электройов, что позволит повысить эффективность автоускорения и улучшить ионоэнергетичность электронного пучка,На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство. зоУстройство содержит источник 1 электронного пучка, резонаторы 2, трубы 3 дрейфа,Устройство работает следующим образом. ззСформированный в источнике 1 элект-ронный пучок входит в резонатор 2, Резонатор настроен так, что периЬд Т основной волны колебаний равен длительности сформированного пучка 1(Т = 11). В этом слу в чае электроны йередней части пучка будут терять свою энергию, возбуждая резонатор, а электроны задней части пучка дополнительно ускоряются, Таким образом, навыходе такого резонатора заторможенные4 низкоэнергетичные электроны будут находиться только в головной части пучка.После резонатора пучок проходит в трубе 3 дрейфа с остаточным газом. Известно, что на электроны сильноточного пучка действуют силы электростатического растал- юо кивания, в у г раз ослабленные силами магнитного стягивания (- релятивистский фактор).Под действием этих сил пучок рассыпается, одновременно ионизируя остаточный газ.Вторичные электроны при этом удаляются под действием электрического поля самого пучка, а оставшиеся вблизи ионы газа элек трически его нейтрализуют. Если давлениеостаточного газа: р О,Р 6(0 )7 й -РеЕи 61(го).-ю С 4лъ= = - предельная скоростьМэлектронов пучка;Е - полная энергия электронов пучка;пто - масса покоя электро ,на;ВоС - скорость света;Э) а(Ч) - сечение ионизациивоздуха и газа выбрать таким, чтобы зарядовая нейтрализацияпроизошла через момент времени, равныйполовине длительности пучка (длительности заторможенной части пучка), и, следовательно, полупериоду основной волны колебаний резонатора, т. е,ггмТто под действием сйл электростатическогорасталкивания произойдет удаление низкоэнергетичных отработанных электронов,находящихся в передней части пучка. Последующая часть пучка, включая дополнительно ускоренные электроны, транспортируетсяв условиях зарядовой нейтрализации безсущественных потерь. Ти 1, - длительность заторможенной части пучка, после прохождения егочерез и - 1 резонатор;Т1 в пери основной волны колебаний резонатора. В результате транспортировки пучка через цепочку резонаторов с удалением низкоэнергетичных (отработанных) электронов после его прохождения через каждый резонатор отношение максимальных энергий на выходе и на входе системы может достигать значений больше Двух, улучшается ионоэнергетичность дополнительно ускоренного пучка, возрастает эффективность автоускорения.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет дополнительно увеличивать В последующих резонаторах период основной волны колебаний выбирается равным длительности входящего в них пучка. В отрезках трубы дрейфа давление газа обеспечивает время зарядовой нейтрализации, равное длительности заторможенной части пучка после прохождения его через резонатор, т, е.:р ОТ Ем йод)Р. 77йс в5энергию электронов сильноточного РЭП, при чем возможно получение отношения максимальных энергий на выходе и на входе системы больше двух без дополнительных потерь энергии в доускоренных электронах, улучшение ионоэнергетичности дополнительно ускоренного пучка, что существенно расширяет возможности их применения. Формула изобретенияоУстройство для формирования сильноточных пучков, содержащее источник электронов, цепочку резонаторов с последовательно уменьшающимся периодом основной волны колебаний Тп и элементы 1 фильтры) для удаления низкоэнергетичных электронов,15 отличающееся тем, что, с целью увеличения энергии электронов и уменьшения их энергетического разброса, фильтры между резо 7025496 наторами выполнены в виде отрезков трубы дрейфа и заполнены газом при давлении;11.; этиЯ 1-Юо Сф ТН 4 Ь (РЯ) где Е, - полная энергия электродов пучка, пройденного через резонатор, стоящий перед фильтром; Т п-.с. в ,период основной волны колебаний резонатора, стоящего перед фильтром; гно - .,масса покоя электрона, С - скорость света; Ь(одаб(оу) - сечение ионизации воздуха и гада.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Гц 1 Ыгпап М.,РЬуз Кеч 1.е 11 егз, ч. 32, р. 92, 1974.2. Коломенский А. А. Труды 1 ч Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц,1975, т. 1, с, 79.Редактор Павлов Заказ 7612/55 по дел 113035, Мос филиал ПППЕ. Медвевая комитета и откры щскаи наб од, ул, П СоставительТехред О. ЛугоТираж 944Государственногоам изобретенийва, Ж - 35, РауПатентэ, г. Ужгор Корректор Г. НазароПодписноеСССРнйд. 4(5роектнаи, 4