Способ формирования электронных колец в коллективных ускорителях

(5М. Кл. с присоединением заявки Ж Н 05 Н 9/00 3 Ъеударвтевнный кемнтет СССР ае делам нзвбрвтвннй н открьпнй(088.8) Дата опубликования описания 05 01.80 Л. С, Барабаш, П. Ф. Белошицкий, Н. Ю. Казаринов, Э. П, Перельштейн, ВП, Сар нцев и В. В. Чалышев(72) Авторы изобретения Объединенный институт ядерных исследований(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОЛЕЦ В КОЛЛЕКТИВНЫХ УСКОРИТЕЛЯХИзобретение относится к ускорительной тех. ,нике, а именно к коллективному ускорению ионов электронными кольцами, и может быть. использовано для повышения интенсивности пучков ускоренных ионов и увеличения напря 5 женностей ускоряющих полей.Известен способ формирования электронных колец в коллективном ускорителе тяжелых ионов, когда электронное кольцо сжимают в . медианной плоскости металлической камеры0 в нарастающем во времени магнитном поле за время ф 1 мкс, Импульсное магнитное поле создается системой последовательно во времени . включающихся пар токовых катушек 11,Недостатками способа является малая цик 15 личность работы (ф 1 Гц), обусловленная возможностями системы питания токовых катушек, энергетическими потерями в них и в стенках камеры, а также ограничения, накладываемые на область рабочих параметров из.за мед. ленного прохождения резонансов бетатронных колебаний.Известен также способ, по которому элект. ронные кольца сжимаются в импульсном магнитном поле так, что средняя плоскость коль ца сдвигается в направлении последующего ускорения. Быстрое сжатие кольца обеслечива. ет благоприятное прохождение одночастичных резонансов 21.Однако необходимо создавать большие им. пульсные магнитные поля с индукцией 1 - 2 Т, т. е. с большой потребляемой мощностью длясоздания импульсного яоля.Наиболее близким техническим решением является способ формирования электронных колец, основанный на том, что в статическом компрессоре Ласлепа-Сесслера электронные кольца сжимаются в статическом магнитном поле, нарастающем в направлении движения кольца. Траектория кольца определяется усло. вием равенства кулю радиальной компоненты индукции магнитного поля. Чтобы обеспечить движение кольца и его фокусировку, возбуждают волну импульсного магнитного поля, создающего небольшую по величине движущую. ся потенциальную магнитную яму З,Недостаток способа связан с использонани. ем только статического магнитного поля, по708545 45 лому в нем нс происходит увеличение энергии электронов и отсутствует фокусировка.Например, чтобы скомпенсировать кулоновское расталкивание в сжатом кольце полем бегущей магнитной ямы при разумных значенияхпараметров, требуется инжектировать электроны с энергиейф 45 Мэв, Это создает трудностипри сооружении инжектора с током 200 -500 А,Целью изобретения является увеличение 10интенсивности ускоренных ионов и увеличениетемпа их ускорения,Поставленная цель достигается тем, чтоэлектронные кольца фазируют относительноволны радиальной компоненты индукции импульсного магнитного поля так, чтобы онинаходились на ее спадающей положительнойчасти.На фиг. 1 изображена схема экспериментальной установки, реализующей предлагаемый 20способ; на фиг. 2 - характерный профиль радиальной компоненты индукции импульсногомагнитного поля,Электронное кольцо 1 помещают в импуль.сное и статическое магнитные поля, Импульс- э 5ное поле создается токовым импульсом, распространяющимся вдоль замедляющей линии 2.Линия представляет собой спираль с уменьшающимся в направлении движения кольца диаметром витков, каждый из которых шунтированконденсатором, соединенным с металлическойкамерой 3. Нарастающее в том же направлесТнии статическое магнитное поле В 7 создаетсяс помощью соленоида 4, расположенного снаружи камеры. 35На фиг. 2 - Е - направление распространения волны; Ч - ее фазовая скорость. Вместе нахождения кольца радиальная компонента индукции импульсного поля компенсируетсоответствующую компоненту статического 40СТнарастающего поля - В .В результате движе.ния магнитной волны кольцо продвигается вбольшое статическое поле и сжимается. Условие продвижения кольца бегущей волны есть) О.В известном способе кольцо сжималось пристего движении вдоль траектории В = О, абегущая магнитная волна использовалась лишьдля транспортировки кольца по 2.Вращательная энергия электронов Е в предлагаемом способе увеличивается под действиемлф 4 Щвихревого электрического поляЕ-гдес аьДМ - азимутальная компонента векторного по.тенциала импульсного магнитного поля; С -скорость света; т - время,Для увеличения энергии электронов гребу.егся, чтобы в месте нахождения кольца вы 4лполнячось условие ВАМэ Это условие вы аполняется на спадающем положительном участке волны ВНаличие зависимости радиальной компоненты индукции магнитного поля от радиуса приводит к тому, что малые колебания частицы около равновесного положения в г в плоскости являются связанными, а частоты нормальных колебаний в пренебрежении зарядом кольца равны14 г4где и - показатель спада магнитного поля.Следовательно, для устойчивости малых колебаний необходимо выполнение условия р ( п(1 - и). Это условие вместе с условиями продвижения кольца в область нарастающего статического поля и увеличения вращательной энергии электронов определяет требуемое положение кольца по отношению к волне в процессе сжатия. Рабочая область условно от. мечена на Фиг, 2 как АБ.В процессе сжатия кольца его малые разме. ры уменьшаются пропорционально, где В - радиус кольца, Следовательно, йо сравнению со статической компрессией, где малые размеры уменьшаются как ГВ, в данном способе получается выигрыш в величине ускоряющих ионы электрических полей.Таким образом, в предлагаемом способе осуществляется сжатие электронный колец с увеличением энергии электронов и имеет место фокусировка кольца, С набором энергии связана возможность увеличения числа электронов и ионов в кольцах, а также дополнительное уменьшение малых размеров колец при сжатии, С учетом большой допустимой цикличности работы интенсивность ускоренных ионов можно довести до значений 10 1/с для средних элементов таблицы Менделеева, что на один-, два порядка превосходит возможности современных динамических адгезаторов.Формула изобретенияСпособ формирования электронных колец в коллективных ускорителях, заключающийся в том, что в камере адгезатора ускорителя в направлении нарастания статического магнитного поля возбуждают волну импульсного маг нитного поля, обеспечивающую устойчивое передвижение электронных колец и их сжатие по большому радиусу и поперечному сечению кольца, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьпиения интенсивности, ускоряемых ионов и темпа их ускорения, электронныеРедак ираж 885 Подписное енного комитета СССР тений и открытий 5, Раушская наб., д. 4/5 8516/55 ЦНИИПИ Гос по делам 113035, МоскаЗак арств зоб , Ж Ужгород, ул. Проектна т 1 ф иал П кольца фазируют относительно волны радиальной компоненты индукции импульсного маг.нитного поля так, чтобы они находились наее спадающей положительной части.Источники информации,принятые во внимание при зкспертизе1. Барабаш Л. С. и др. Коллективныйускоритель тяжелых ионов ОИЯИ, ПрепринтОИЯИ Р 9 - 7697Дубна, 1974. 62, АпдеНпцег С. Зтатнв йерогт о 1 тлетагвЫпд ЕКА Ехрег 1 пепт, ЙСимпоэиум поколлективным методам ускорения, Дубна,ОИЯИ, Д 9 - 10500, 1977, с. 29,3. 1 аветт , 6., Зеввеег А. М, "А Методаког ЯтаОсбеЫ Сопзргеввоп п ап Еестгоп -ппп Ассеегатог, ГЕЕЕ Тгапв оп йнс, Зсепсей 8 - 16, 3, 1969, р. 1034 (прототип),