Ускоряющая система линейного ускорителя ионов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЛО ЮИ Н 05 Н 9 ГОСУДАРСТНЕННЬЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИИ ТОР ВЦИОМ(54)(5) УСКОРЯЮЩАЯ С УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ типа ненная в виде цилиндр тора с системой встре на концах которых укр дрейфа, и проекции шт из двух соседних труб 1 ЕЙНОполСТЕКА ЛИН вьческого езона ых штыр еи,убкиай еплены тр рей кажд ок дрейфа/00, апублик, 1973.ое свидетельство СССРН 05 Н 9/00, 1976 плоскость перпендикулярную оси рео зонятора образуют углы меньшие 180 величина которых убывает с уменьшением рясстаяня между геаметри чески:;и цснтрамн соседних трубок дрейфа, а т л и ч я ю щ д я с я тем что, с целью уменьшения потерь высокочастотной мощности, все нечетные по ходу пучка трубки дрейфя установлены с помощью штырей на проводящей плите, закрепленной вдоль образующей резонатора, а каждая четная трубка дрейфа ссединена с боковой стенкой резонатора вторым штырем, расположенным в радиальной плоскости резонатора, симметрично первому штырю относительно продольной плоскости, проходящей через оси трубок дрейфа и аси шть 1 пей нечетных та,бак дрейфа,1 28 бИзобретение относится к областиускорительной техники, а именнок линейным ускорителям ионов.Известны ускоряющие системы типавстречных ускоряющих элементов такие5как гребенчатая система 13 и ускоряющая система типа встречных штырей нагруженных на концах трубкамидрейфа, ось которых совпадает с осьюцилиндрического резонатора 23Достоинством указанньм систем являются их малогабаритность и хорошиевысокочастотные параметры, особеннов области малых энергий, что имеетбольшое значение при создании ускорителей тяжелых ионов и малогабаритныхускорителей протонов для научногои промышленного применения.Наряду с этим, каждая иэ указанных структур обладает недостатками,Так в гребенчатой системе труднанастройка ячеек, в результате чегополучение равномерного распределения поля вдоль тракта ускорения сопряжено со значительным ухудшением ее высокочастотных параметров. Кроме того,такая система затрудняет использонание квадрупольной фокусировки пучкан процессе ускорения, поэтому она используется только, когда применяетсясеточная или переменно-фаэовая фокуси 30ровка, для которых величина предельно.го тока ускоренного пучка значительнониже, чем н случае квадрупольнойфокусировки. Ускоряющая система типавстречнЫк штырей в известных ранее З 5конструкциях обладала тем недостатком,что всегда получение требуемогораспределения ускоряющего поля былосопряжеио с существенным увеличениемпотерь высокочастотной мощности, фНаиболее близкой по техническойсущности является ускоряющая системалинейного ускорителя ионов типа Н 2,выполненная в виде цилиндрическогорезонатора с системой встречных шты- ф 5рей, на концах которых укреплены труб.ки дрейфа и проекции штырей каждой издвух соседних трубок дрейфа, на плоскость, перпендикулярную оси резонатора, образуют углы меньшие 180 О вели чина которых убывает с уменьшениемрасстояния между геометрическими центрами соседних трубок дрейфа,Недостаток этой ускоряющей структуры, заключается н ассиметрии распределения высокочастотных токов в понерхностяк элементов ускоряющей структувы. н оеэчльтате чего мощность эа 84 2пасается главным образом в объеме, заключенном между встречными штырями со.стороны меньшего угла между ними и противостоящей против этого угла частью цилиндрической поверхности резо,. натора, н то время как в остальной части объема резонатора запасается сравнительно малое количество ВЧ мощности. По этой причине н поверхности резонатора и встречньм штырей, ограни чивающих сравнительно малый объем, протекают большие высокочастотные токи, что приводит к увеличению потерь мощности и локальному перегреву отдельных элементов структуры и создает этим самым трудности термостатиронания этих элементовЦель изобретения - уменьшение потерь высокочастотной мощности в ускоряющей структуре.Это достигается н ускоряющей системе линейного ускорителя ионов типа Н , в которой нсе нечетные по ходу и 1пучка трубки дрейфа установлены с помощью штырей на проводящей плите, закрепленной вдоль образующей резонатора, а каждая четная трубка дрейфа соединена с боковой стенкой резонатора вторым штырем, расположенным н радиальной плоскости реэонатора, симметрично первому штырю относительно продольной плоскости, проходящей чере. ось трубок дрейфа и оси штырей нечетных трубок дрейфа.Эффект уменьшения потерь высокочастотной мощности и устранения локальных перегревов элементов ускоряющей системы достигается за счет того, что высокочастотная мощность, необходимая для установления номинального уровня ускоряющего поля в зазорах, запасается в объеме, в два раза превышающем соответствующий объем в прототипе, симметрично в двух частях объема резонатора, ограниченных боковой поверхностью резонатора и штырями двух соседних трубок дрейфа. При этом для получения одних и тех же величин ускоряющего поля в поверхностях, ограничивающих каждую иэ укаэанных частей объема, будут протекать токи в дна раза меньшие, чем в случае, когда мощность запасается только в одной части объема резонатора. Соответственно при симметричном распределении запасенной мощности потери в поверхностях ускоряющей структуры будут в 2 раза меньше. Уменьшение удельных токов25 и поверхностью резонатора. Редактор Письман Техред Т.Фанта 1(орректор Л. Тяско Заказ 2406/3 Тираж 783 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3 7286за счет перераспределения по большейповерхности приведет к уменьшениютепловыделения на элементах ускоряющей структуры, что упрощает проблемуохлаждения и термостатирования, 5На чертеже приведен пример конструктивного, осуществления такой ускоряющей системы,Цилиндрический резонатор 1 заключает в себе трубки дрейфа, расположенные вдоль одной линии, которая необязательно должна совпадать с осьюрезонатора, при этом каждая нечетнаятрубка 2 закреплена с помощью металлического штыря 3 на общей проводящей плите 4, которая соединена надежным контактом по высокочастотномутоку с боковой стенкой резонатора,а четные трубки дрейфа 5 соединеныс резонатором двумя штырями 6, распо - 20ложенными в радиальной плоскости резонатора симметрично относительноплоскости, проходящей через ось резонатора и оси штырей нечетных трубок дрейфа, образуя между собойугол. На чертеже показано, чтоугол Ч изменяется вдоль ускоряющейсистемы. Оц увеличивается от выходного конца резонатора к входному.Трубки дрейфа 2, закрепленные наплите, не содержат в себе квадрупольных линз, поэтому допуски цаих изготовление и установку менеежесткие. Их диаметр, с целью уменьшения емкостцой нагрузки резонатора, может быть меньшим по сравнению З 5с диаметром трубок дрейфа 5, в которых расположены квадрупольные магвитные линзы, примерно в 1,5 раза.Сборка трубок дрейфа 2 на плите мо"жет осуществляться вце резонатораа затем вместе с плитой устанавливаться в резонатор. Трубки дрейфа 5,содержащие в себе квадруполи, устанавливаются на общую ось с помощьюустановочной штанги, которая однимконцом приварена к трубке дрейфа,а вторым - установлена в юстировочный узел, расположенный снаружи резонатора. Ось установочной штангираспопожена в плоскости симметрииштырей 6, Наличие установочной штанги це приводит к заметному увеличению потерь мощности, так как онане является токоцесущей, Уголмежду штырями 6 для каждой четнойтрубки дрейфа 5 определяется особов каждом конкретном случае путем моделирования или расчета по заданным геометрическим размерам трубокдрейфа и реэоцатора а также другихэлементов ускоряющей системы. штыри 6 функционально предназначены дпя цастроики ячеек ца заданную резонансную частоту, по ним протекают основные высокочастотные токи, развиваемые запасенной в резонаторе мощностью, поэтому эти штыри должныиметь надежный контакт по высокочастотному току с трубкой дрейфа При возбуждении такой ускоряющей структуры высокочастотной мощпостыл устанавливается равцомерцоераспределение уск яюшего поля,