Способ получения вторичных пучков в циклических ускорителях высокой энергии

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Р 47 Х.А.Си(54) (57) СПОСОВ ПОЛУЧЕ ПУЧКОВ В ЦИКЛИЧЕСКИХ У ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ, заклю шенин первичного пучка направлении и наведени Я ВТОР ОРИТЕЛЯ ющийся радиал его на ЧНЫХХв смеьномвнутГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 21) 3357924/18-2122) 20,11.81(прототип),8010213 А реннюю мишень путем воздействия на него электромагнитным полем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения углового разброса падающих на мишень частиц первичного пучка, ток питания обмоток электромагнита, возбуждающего смещающее поле, изменяют по ступенчатому закону, изменяя при этом градиент магнитного поля так, чтобы для ОС д О с 0,5 выполнялось условие, при котором дйп равно целому числу, не кратному и, где дй- дробная асть частоты радиальных бетатронных колебаний; и - длительность ступенек в числах оборотов пучка, а амплитуду ступенек задают из условия равномерности сброса частиц на мишень.Изобретение относится к областиускорительной техники, в частностик способам получения растянутых вовремени вторичных пучков в циклических ускорителях высоких энергий.Известные способы получения вторичных пучков в циклических ускорителях основаны либо на формированиивыведенного первичного пучка с последующим наведением его на внешнююмишень, либо на поперечном ( радиальном или вертикальном ) наведении циркулирующего первичного пучка навнутреннюю мишень с использованиемсмещающего пучок электромагнитногополя 1 . 15Наиболее близким к изобретениюявляется способ получения вторичныхпучков в циклических ускорителяхвысокой энергии, основанный на смещении первичного пучка, в радиаль Оном направлении и наведении его навнутреннюю мишень путем воздействияна него электромагнитным полем (2 ).Этот способ позволяет получитьравномерное вторичное излучение спостоянной трассой вторичных частици при малых значениях длительностициклов ускорения.Недостатком этого способа является значительный угловой разброс частиц в получаемом вторичном пучке,обусловленный угловым разбросом первичных циркулирующих частиц и законом их наведения на мишень что приводит к уменьшению эффективностивывода вследствие последующей коллимации,Целью изобретения является уменьшение углового разброса падающихна мишень частиц,Поставленная цель достигается 40тем, что в известном способе получения вторичных пучков в циклическихускорителях высокой энергии, заключающемся в смещении первичного пучкав радиальном направлении и наведении 45его на внутреннюю мишень путем воздействия на него электромагнитнымполем, ток питания обмоток электромагнита, возбуждающего смещающееполе, изменяют по ступенчатому закону, изменяя при этом градиент магнитного поля так, чтобы для 0 дЯ0,5выполнялось условие, при которомд 8 п равно целому числу не кратномуи (где дй - дробная часть частотырадиальных бетатронных колебаний,и - длительность ступенек в числахоборотов пучка), а амплитуду ступенек задают из условия равномерностисброса частиц на мишень,60Способ реализуется следующим образом.Локальным возмущением магнитного поля на орбите частиц осуществляют радиальное смещение циркулирующего 65 пучка. Питание возмущающих поле офмоток электромагнита формируют так,чтобы оно имело ступенчато-нарастаю"щий характер, и при этом длительность ступенек должна быть пропорциональна обратной величине дробнойчасти числа бетатронных колебанийпучка на обороте, а высоты ступенекподбирают из условий равномерностисброса частиц на мишень, Градиентосновного магнитного поля сннхротрона изменяют до тех пор, пока значение обратной величины дробной частичисла бетатронных колебаний не примет нецелочисленное допустимое значение для данного ускорителя.Способ не требует применения специальных устройств, так как позволяетиспользовать имеющиеся на ускоРителях средства локального смещенияпучка с программным регулированиемформы тока питания возмущающих полеэлектромагнитов, а также средствадля изменения градиента магнитногополя ускорителя,На чертеже графически показанпроцесс наведения пучка на внутреннюю мишень с помощью методики "вращающегося круга".Если принять, что все частицыпучка имеют одну и ту же частоту радиальных бетатронных колебанийЯ=+ дйгде в - ближайшее к 9целое чйсло 0605неизменнуюв течение времени наведения пучка намишень, то на азимуте 5 м Ьесторасположения мишени ) таком, чтоФ( 5 м ) = макс ( - амплитуднаяфункция ) йа любом обороте пуска егоэмитанс на Фазовой плоскости ( ггр) имеет вид круга, радиуса"= моксгде А- максимальновозможное отклонеййе частиц от возмущающей замкнутой. орбитыЦентр круга ( г = г = 0) соответствует положению замкнутой орбитына данном обороте в точке ВКаждой точке круга, характеризуемой параметрами (РЭ) 04 А 4 "макс 02 а соответствует, по крайнеймере, одна частица.Величина радиус-вектора М произвольной точки круга на азимуте 3изменяется от оборота к обороту позакону1" ЯсоэУ(5+ 2346 (-1)-)где 1 - номер оборота; У - фазовая функция.Наведение пучка на мишень (эдвижение мишени в пучок) означает уменьшение расстояния д между центром круга и краем мишениДопустим, что в некоторый момент= 1 начало отсчета оборотов) круг касается края толстой мишени и в те(3 = сомФ, ),Тогда в течение первого оборотапучка на мишень непрерывно (беэ учета банкировки) будут падать частицыс углом 1 = 0 по отношению к замкнутой орбите.На языке нвращающего круга" этоозначает, что частицы будут соответствовать точке А = Ямакс " У== М(Зм ) = 0 на чертеже точка 1.Через один оборот (К2) в точке3 = 0 начальный круг оказь.ваетсяповернутым на угол Ч = 2 Удй по отношению к начальному положению (К = Ц,Это значит, что в течение и второгооборота пучка на мишень будут падатьчастицы с углом 1 = О, но теперь ужете частицы, которые в начальный момент имели фазу у= 2 ЙЬ О2. Начертеже эта точка обозначена 2.Этот процесс будет иметь местов течение первых о оборотов, гдеи определяется нэ условия 25 пью:) (г) где 1 - число шагов и Оса с 1.3 О Из выражения 5) следует, что дляуменьшения углового разброса падающего на мишень пучка необходимо уменьшить величину (ьЬ)и соответственно увеличивать велйчину и.35 Оптимальное значение и = и от длЯданного ускорителя выбирают из соображений обеспечения равномерностивывода и составляет примерно 10 2часть полного времени сброса всего 40 ускоРенного пучка на мишень.Точное значение и оат для данногоускорителя можно, например, определить из условия иьо = с, гдеЧ, - целое число некратное ори иопределяющее число оборотов круга,необходимое для образования правиль- .ного вписанного и -угольника ЬЯесть значение дробной части числабетатронных колебаний из набора допустимых для данного ускорителя.50 При выбранном п для обеспечения рассмотренных выше процессов, дробнаячасть частоты бетатронных колебанийЬ 9 должна удовлетворять условию (2),т.е. Ь 9= Ч,/о, целое число сс и, 55 причем и ) рс), ( р - целое) выбираетсятак, чтобы удовлетворялось и условиеОсьйс Ор 5.- Таким образом, выбором величиныЬЯ и ступенчатого закона наведений О пучка на мишень для любого синхротрона можно обеспечить такие условия,при которых угловой разброс падающихна мишень частиц будет, по крайнеймере, на порядок меньше естественно го углового разброса ускоренного пучто тьыраЬ + максА"вырезан изменном гментов ходит не той его и остала эаний. Очевидн га" сегменможно фпре очередной ного круга которая оспосле. преды что при ами при н рывание с ырез проиа только алась (есл дущих выр ии кру воэт.е.из полчасти,сь ) где ,- целое число.Условие (2определяет число оборотов пучка п, в течение которых на касающуюся пучка мишень можно сбросить частицы с углом 1 = О.Для того, чтобы после первыхоборотов, удовлетворяющих условию (2), на мишень падали частицы, необходимо изменить величину д (наведение пучка на мишень).Если мишень вдвинута на пучок на величину ЬссЯ макс и в течение слеДуюЩих п обоРотов д = А а - Ъ = соо 9 а, то указанный выше процесс повторится с той лишь разницей, что на каждом обороте из круга уже будут выреэатьс мишенью равнобедренные треугольники высотою Ъ, вершины которых есть точки А = Амакс " )= " о Ьп 2 ) (3 .целое число, обеспечивающее условие , 2 Х).Такое вырезание означает, ч в течение первых п оборотов падающие на мишень частицы будут име угловой разброс, определяемый в жением Степень перекрывания зависит какот величины ЬЯ, так и от глубины Ьмишени в пучке.Перекрывание сегментов эа первыеи оборотов не будет иметь место,если шаг ЬЬ выбран так, что послеп вырезаний круг превращается вправильный о -угольник, вписанный вокружность радиуса А = А мосф т еьь УдовлетвоРЯет Условию ди =(ьп)кр,гДе (ЬЬ) = Ам ц, (1 - соз ф ) . (1)Подставляя формулы (4й (3),получим ЯЬг:мака,910 -(9))9 акс При ьЬъ(Ьп)к после первых и оборотов в пучке уже не будет частиц с амплитудами Я =Я максв этом случае выражение (5) определяет максимальный угловой разброс падающих на мишень частиц, поскольку при следующих шагах вдвижения мишени в пучек угловой разброс определяется по формуле. Ь 1 (Аа Ьп -1)РмсюксЗаказ 10629/7 Тираж 845 Подписное ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ка, обязанного динамике пучка в сннхротронах высоких энергий.Предлагаемый способ получения вторичных пучков был апробирован на электронном синхротроне с жесткой Фокусировкой на энергию 6 гэВ. Ре зультаты эксперимента показали, что при изменении числа радиальных бетатронных колебаний с 5,25 на 5,22 и соответствующем изменении формы тока в обмотках возмущения электро магнита эффективная угловая расходимость пучка вторичного излучения с вольфрамовой внутренней мишени толщиной 0,14 рад длины уменьшилась примерно в 1,5 раза, а эффективность 15 вывода увеличилась в 2,25 раза. При этом длительность ступеньки составляла 20 мксек, наклон одной ступеньки не превышал 3 10 3 А/мксек и длительность вывода составляла 2,0 мсек, 2 О Использование предложенного способа на любом крупном циклическом ускорителе позволит по сравнению с прототипом существенно уменьшить угловую расходимость пучков вторичного излучения с внутренних мишеней, что создает воэможность проведения ряда экспериментов, в которых угол падения частиц на внутреннюю мишень является определяющим фактором, например экспериментов по каналированию ( угловой разброс, обусловленный внутренним рассеиванием пучка в веществе самой мишени здесь не рассматривается ). Уменьшение угловой расходимости медленно выводимых пучков вторичного излучения повышает эффективность канала, что позволяет сократить использование для проведения эксперимента дорогостоящего пучкового времени.