Способ смещения пучка частиц в циклическом ускорителе и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХссцйлЮюешииРЕСПУБЛИН Н 05 Н 7/12 УДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТЕН ЕТЕЛЬ(71) Объединенный институт ядерных исследований(56) 1. Самойлов И.М., Соколов А.А. ЖТФ, 1964, т, 34, с. 1057.2. Бобрик В.И., Петров В,В., Яенов Г.И. Труды Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, М., 1970, т., 1, с, 500 (прототип).(54) СПОСОБ СМЕЩЕНИЯ ПУЧКА ЧА Ц В ЦИКЛИЧЕСКОМ УСКОРИТЕЛЕ И ОПИСАНИ 801109 А РОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1, Способ смещения пучка частицв циклическом ускорителе, включающийизменение энергии частиц пучка ввихревом электрическом поле, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения потерь пучка эасчет уменьшения амплитуды когерентных радиальных бетатронных колебанийпучка, возбуждающихся в процессеего смещения, изменение энергии частиц пучка выполняют дважды за оборот на равные величины энергии вдвух точках орбиты ускорителя, отстоящих друг от друга на половинудлины волны радиальных бетатронныхколебаний.1109965 2. Устройство для смещения пучка частиц в циклическом ускорителе, содержащее бетатронный тоооидальный сердечник с обмоткой, охватывающий камеру ускорителя, и подключенный к обмотке источника генератор импульсов напряжения, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что введен второй бетатронный тороидальный сердечник с обмоткой, идентичный первому, и смещенный относительно него в направлении хода пучка на расстояние,1Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке устройствввода и вывода для циклических ускорителей, а также в накопителях5частиц,Известен способ, включающий инжекцию частиц в нарастающее во времени магнитное поле бетатрона. Согласно данному способу электроны10инжектируются с внутреннего радиусав азимутально-симметричное постоянноемагнитное поле, спадающее по радиусу, при этом энергия электроноввозрастает под воздействием вихревого электрического поля, возбуждаемого центральным сердечником, ив результате электроны двигаютсяпо раскручивающимся спиральным траекториям, заполняя весь объем1 .Недостатком способа является ограниченная область применения, таккак он может быть применен тольков системах с аксиально-симметричнымполем.Наиболее близким техническим решением является способ смещения пучка частиц в циклическом ускорителе,включающий изменение энергии частицпучка в вихревом электрическом по- З 0ле 2 1.Недостатком известного способаявляется возбуждение когерентныхрадиальных колебаний пучка с большойамплитудой, сопровождающее процесс Зинжекции.Известно также устройство длясмещения пучка частиц в циклическомускорителе, содержащее бетатронный равное половине длины волны радиальных бетатронных колебаний, при этомоба сердечника подключены к генератору импульсов напряжения через линии задержки, и длина линии задержкивторого сердечника выбрана большейдлины линии задержки первого сердечника на величину, равную произведению времени пролета частиц пучкарасстояния от первого сердечника довторого на скорость передачи сигнала по линии. 1тороидальный сердечник с обмоткой, охватывающий камеру ускорителя, и подключенный к обмотке источника генератор импульсов напряжения, Магнит синхротрона разбит на четыре сектора, разделенные прямолинейными промежутками, причем магнитное поле спадает по радиусу. В одном из прямолинейных промежутков размещен бетатронный тороидальный сердечник накопления. Электронный пучок вводится в камеру с внешнего радиуса с помощью инфлектора, размещенного в одном из ;рямолинейных промежутков. Условия ввода таковы, что равновесная орбита инжектируемых электронов близка к ножу инфлектора, в силу чего амплитуда начальных радиальных,. бетатронных колебаний мала. Вследствие разности частот обращения электронов и радиальных бетатронных колебаний электроны минуют поле инфлектора в течение нескольких оборотов. С момента ввода в камеру на каждом обороте электроны тормозятся в вихревом электрическом поле бетатронного сердечника накопления, поэтому двигаются по закручивающейся спирали и к концу процесса инжекции отходят от ножа инфпектора, заполняя камеру ускорителя, В результате подачи импульсов от генератора возбуждается гормозящее частицы вихревое электрическое поле, которое приводит к смещению орбиты в процессе инжекций 2. Недостатком известного устройстваявляется большая величина амплитудыкогерентных бетатронных радиальных3 11099колебаний, возбуждаемых в процессеторможения и смешения,Цель изобретения - уменьшение потерь пучка за счет уменьшения амплитуды когерентных радиальньм бетат 5ронньм колебаний пучка, возбуждающихся в процессе его смещения.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу смещения пучкачастиц в циклическом ускорителе, 10включающему изменение энергии частицпучка в вихревом электрическом поле,изменение энергии частиц пучка выполняют дважды за оборот на равныевеличины энергии в двух точках орбиты ускорителя, отстоящих друг отдруга на половину длины волны радиальных бетатронных колебаний.Кроме того, устройство для смещения пучка частиц в циклическом ускорителе, содержащем бетатронный тороидальный сердечник с обмоткой, охватывающий камеру ускорителя, и подключенный к обмотке сердечника генератор импульсов напряжения, введен 25второй бетатронный тороидальный сердечник с обмоткой, идентичный первому,и смещенный относительно него в направлении хода пучка на расстояние,равное половине длины волны радиальных бетатронных колебаний, при этомоба сердечника подключены к генератору импульсов напряжения черезлинии задержки, и длина линии задержки второго сердечника выбрана большей35длины линии задержки первого сердечника на величину, равную произведениювремени пролета частиц пучка расстояния от первого сердечника до второго на скорость передачи сигнала полинии.На чертеже изображена схема устройства для смещения (ввода) частицв циклическом ускорителеучастоккольца ускорителя развернут в линию; 45магнитные элементы (отклоняющие ифокусирующие), размещенные между сердечниками, не показаны; равновесныеорбиты показаны пунктирными линиями,траектории частиц - сплошной линиейсо стрелкой).Устройство содержит инфлектор 1,кабель 2 и источник 3 питания инфлектора, два одинаковых тороидальньм бетатронных сердечника 4 и 5накопления, их кабели 6 и 7 пита 55ния и источник 8 питания. Инфпектор выполнен в виде двух металлических пластин, образующих плоский 65 4конденсатор. В качестве кабелей питания использованы коакснальные кабели, Источники питания - генераторы импульсного напряжения прямоугольной формы, Источник питания сердечников имеет два одинаковых выхода. Сердечники накопления подобны индукторам линейного индукционного ускорителя.Одновитковые обмотки сердечников подключены с помощью кабелей одной марки к источнику питания, причем кабель 7 питания второго (по ходу пучка) сердечника 5 длиннее кабеля 6 первого сердечника 4, разность их длин равнаоЬ 2 Чегде 3 - длина волны радиальных бетатронных колебаний;Ч - скорость распространенияэлектрического сигнала покабелю питания;Уе - скорость частиц.Сердечники размещены на вакуумнойкамере ускорителя, охватывают камеру, расстояние между сердечникамиравно половине длины волны радиальных бетатронных колебаний. Инфлектор расположен максимально близкок первому сердечнику,При реализации предлагаемого способа подаются импульсы напряженияна инфлектор и сердечники, На осяхсердечников возбуждаются прямоугольные импульсы вихревого электрического поля одинаковой формы и амплитуды, причем импульс поля второгосердечника запаздывает относительноимпульса первого сердечника на время Р/(2 Ч). Эти условия обеспечиваются идентичностью сердечников,использованием одного генератораимпульсов для иХ питания и введениемсоответствующей задержки между сердечниками, В тот момент, когда импульс напряжения на инфлекторе иимпульс поля первого сердечника выходят на плато, от внешнего источникавводятся частицы, причем ось пучкав данный момент находится на своейравновесной орбите радиуса о вблизи ножа инфлектора. Частицы сразуже тормозятся в поле первого серника и спустя половину периода радиальных бетатронных колебаний повторно тормозятся в поле первого сер1109965 Составитель В.КраснопольскийРедактор И.Дербак Техред С.Мигунова Корректор О.Билак Заказ 608/45 Тираж 783 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул, Проектная, 4 дечника и спустя половину периода радиальных бетатронных колебаний повторно тормозятся в поле второго сердечника на одинаковые величины энергии дТ. После первого торможе ни равновесная орбита скачком смещается на величину Ду ближе к центру кольца, а после второго - происходит повторное смещение к центру на ду равновесной орбиты. В конце оборота частицы подходят к инфлектору, на-. ходясь на равновесной орбите радиуса р -2 др .При каждом последующемообороте пучок параллельно смещается к центру кольца на величину 2 йр, 5 заполняя весь полезный обьем вакуум"ной камеры ускорителя, В конце цикла накопление во время спада импульсов йоля в сердечниках) величины смещений йу орбит для обоих сердечников 0 уменьшаются до нуля так, что накопленный .пучок на заключительной стадии накопления не возмущается, Это обеспечено введением соответствующей задержки в цепи питания сердечника. Преимущество изобретения обусловлено тем, что после второго торможения частицы пучка, находясь на новой равновесной орбите р -др , имеют не только соответствующую этойорбите энергию, но и нулевую радиальную скорость, что делает их дальнейшее движение бесколебательным,если отсутствует начальный разброспо энергиям перед инжекцией. Какпоказывает анализ процесса смещенияпучка, пара бетатронных сердечниковне влияет на параметры колебаний,обусловленных начальным энергетическим .разбросом, в результате чегопредлагаемые способ и устройство,в отличие от известного, не увеличивают амплитуду бетатронных колебаний в процессе смещения,Предлагаемые способ и устройство пригодны как для ввода, так и для вывода частиц, так как во втором случае в поле двух индукторов достаточно осуществить не торможение, а дополнительное ускорение частиц.