Способ формирования сильноточных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона и устройство для его осуществления

51) 5 Н 05 Н 5/ОО м ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ ОПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Объединенный институт ядерных исследований(56) Ковальчук Б.И, ПТЭ, В 4, с. 15.Саранцев В.П., Перельштейн Э.А. Коллективное ускорение ионов электронными кольцами. Атомиэдат, И.: 1929, с, 10-18.(54) СПОСОБ ФОРИИРОВА 11 И СИЛЬИОТОЧ" НИХ УЛЬТРАРЕЛЯТИВИСТСКИХ ПУЧКОВ ЭЛЕКТРОНОВ СУБНАНОСЕКУНДНОГО ДИАПАЗОНА И УСТРОЙСТВО ЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) . Способ йормирования сильно-точных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона, включающий инжекцию пучка в мягкоЬокусирующее ведущее магнитнбе поле перпендикулярно направлению магнитных силовых линий, формирование электронного кольца, увеличение энергии вращательного движения внем путем увеличения амплитуды ведущего магнитного поля, последующее перемещение кольца под действием неоднородного магнитного поля, его преобразование в прямолинейный пучок под действием отклоняющего азимутально-неоднородного поля, и вывод через область, экранированную от магнитного поля, о -т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения плотности пучка, отклоняющее аэимутально-неоднородное полевозбуждают импульсно в виде первой азимутальной гармоники,при этом возбуждение этого поля осуществляют в момент обращения показателя спада ведущего магнитного поля в ноль.2. Устройство Аормирования силь- точных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапаэона, содержащее линейный индукционный ускоритель, на выходе которого установлены аксилльно-симметричные катушки .и магнитоэкранированный канал, отличающееся тем, что, с целью повышения плотности пучка, в него введен подключенный к импульсному источнику питания магнитный манипулятор, выполненный в виде плоского секционированного витка, ось которого смещена от оск аксиапьно-симметричных магнитных катушек, при этом число секций в витке не меньше трех, каждая из них соединена с импульсным источником питания коаксиальной линией передачи, все линиипередачи имеют равную длину их выходы .через секции Вит ка соединены последовательно, а подключенные к импульсному источнику питания входы соединены параллельно, и плоскость расположения витка манипулятора совмещена с плоскостью расположения магнитоэкранированного канала.1266452 соединены с входами импульсых источников питания 6 и 7 через. соответствующие фидеры 1 О и 11. Датчи 5, формироввтел 8 и фидеры 9-1 образуют систему синхронизации.Источники 6 и 7 через фидеры 12 н 13 соединены соответственно с магнитоэкраниоованным каналом 3 и виткои манипулятора 2. фидер 2 образован из отрезков линий передачи К; одинаковой длины. С одного конца линии передачи К соединены параллельно и подключены к выходу импульсного источника питания 7, а с другого через места М соединения линии передачи и дуги витка соединены последовательно и образуют секциоиированный виток 2. Виток 2 манипулятора расположен под входным отверстием (т.е. септуиом) магнитоэкраиированого канала Э и ассиметрично относительно оси катушек. Величина полярного угла геометрического центра окружности витка манипулятора зависит от многих факторов: относительной точности установки катушек истемы сжатия, точности установки вакуумной камеры относительно катушек магнитой системы сжатия и т.д, Обычно его подбирают в процессе настройки системы по максимальному эффекту на выходе (по мишени). Датчик 5.положения настроен так чтобы при появлеии кольца в,полеего зрения возникал электрическй Ы сигнал на его выходе. Вьп од датчика 5 .соедийен с входом.фориирователя 8 стартовых сигналов при помощи фи дера 9 связи. Формирователь 8 стартовых сигналов имеет два кезависи-, 55 жх канала с включенныии в ик бло" ками временной задержки. Выходы ,формирователя 8 стартовых сигналовИзобретение относится к ускорительной технике, Ы иожет быть исгользовапо для генерацн иипульсных излучекцй (например, сверхвысоких частот, потоков нейтронов и т,д.) пучкамн заряженных частиц, а такжедля излучения свойств, например,твердого тела при воздействии нанего сгустками,энергий субнаносекундного диапазона, 10Целью изобретения является повышение плотности .пучка после завершения вывода путем формирования плотного кольцевого сгустка с последующии преобразованием его в короткий 5прямолинейный пучок электронов.На фиг. 1 дана схеиа преобразова ния кольцевого сгустка в прямолинейный,и приведены наиболее существенные части устройства для Форииро" 20вания пучка; на фиг. 2 - схема магнитного манипулятора с импульснымисточником питания.устройство содержит пару катушекпоследней ступени сжатия магнитной 25системы, фориирующей ведущее магнит ное лоле, виток 2 манипулятора,иагнитоэкранироваиный канал Э, мишень 4, датчик 5 положения электронного кольца, импульсный источник б . З 0питания магнитоэкраиированного канала, импульсный источник 7 питаниявитка манипулятора, импульсный формироФатель 8 стартовых сигналов,фидер 9 связи датчика положения с35импульсным формирователем 8 старто"вых сигналов, фидер 10 связи форьп- рователя стартовых сигналов с импульсным источником б питания магнитоэкранированного канала, Фидер 11связи импульсного фориироватеАя стартовых сигналов с ииухьсы ысточеиком 7 питания витка манипуляторафидер 2 связи источника питания свитком 2 манипулятора фидер 13 свяУ 45зи источника питания с иагцитоэкранированныи каналом Э. Пунктирными линиями на фиг. показаьа траектория движения кольцевого счетчика электронов вдоль оси Е.В конце сжатия путем шунтироваия тока в ближайшейк магнитоэкранированному каналу катушке последней ступени сжатия смещают магнитную яьгу, удерживающую кольцо в неправении ОЕ. Прн аксиальиом перемещении магнитной ямы кольцо подводят к витку манипулятора 2 под септуи магиитоэкранированного канала 3, К этому моменту показатель спада ведущего магнитного поля обращается в нуль что достигается путеи выбора момента времени шунтировки последней ступени сжатия и величины тока в катушках. Затеи с помощью системы синхронизации и импульсного 7 источника питания включают ток ввитке манипулятора. Магнитное полевитка локально искажает ведущее магнитное поле. Причем щс3 1266 шие азимутальные гармоники пбданляются за счет того, что геометрическая протяженность дуги Ю; витка по крайней мере на порядок больше геометрической протяженности места ее подсоединения М к линии питания.1Электроны кольца в основном полу-, чают импульс н радиальном направлении. Амплитуда радиальных колебаний электронов в кольце быстро на- О растает, кольцо раэрынается, и электроны забрасываются .в магнйтоэкранированный канал 3. Через него пучок дрейфует к мишени 4. Таким образом, кольцевая форма пучка трансформируется в линейную.В качестве примера реализации данного способа рассмотрим устройство со следующими параметрами:Радиус электронного 20кольца, см 4,0Размер малого поперечного сечения кольца, смКоличество электро-. 25нов в кольце, штэнергия азикутального движения, МэВ17Относительная (кскорости света С)30скорость перемещениямагнитной ямы в конце-5сжатия "- 10Иэ конструктивных соображений необходимая величина отклонения кольца в радиальном направлении35 А составляет 1,0 см, Относительную величину аксиальнойсоставляющей инжекцин магнитного поля от витка манипулятора ьВ/В примем 102. Это соответствует амплитуде индукции магнитного поля, созданного витком, около 0,14 Тл. Скооость нарастания амплитуды радиальных колебаний про. порциональна 9где о,= 7,510 1/с - круговая частота обращения электронов 50в кольце;Ь = 0,5 см - начальная величинаэксцентриситета (смещение 4мгновенной орбиты относительно круговой). Следовательно, примерно за время1 5 нс амплитуда нарастает до требуемой величины, т.е. сгусток можетбыть "заброшенным" в магнитоэкранированный канал. Оценки показывают,что требованИя на длительность фронта и на величину тока в витке манипулятора довольно кесткие (длительность фронта с (1-2) неличина токав витке 1 Ф 2 кА), но технически реамлнзуемы.Величина магнитнай индукции ве-.дущего магнитного поня. в конце этапасжатия составляет 1,4 Тл, и поэтомуприменение магнитных материалов дляизготовления магннтоэкранированногоканала нецелесообразно. Выполнитьканал можно по типу инфлектора коллективного ускорителя тяжелых ионов.Отличается от него канал толькогеометрическими раэмерами.Таким образом, плотный кольцевойсгусток электронов преобразуют влинейный за счет возбуждения в области под выводным каналом целого резонанса, причем возбуждение происходит ударно за единицы наносекунд.Кольцевая Форма пучка, трансформи-руясь в спиральную, попадает в магнитоэкранированный канал и преобразуется в линейную. Длительность выведенного пучка составляет (0,8-1,0)нс, а радиус поперечного сечениясоответственно 0,4 см. На мишени параметры пучка следующие:энергия, мэВ м 7Амплитуда тока вимпульсе, кА м 1-2Длительность тока,нм 0,8-Такой сгусток удобнее (по сравнению с кольцом) транспортировать намишень. Для рассматриваемых параметров уменьшение поперечных размеровна мищени по сравнению с базовымобъектом (прототипом) очевидно и составляет величину порядка отношениядиаметра кольца до преобразованияформы к малому поперечному его сечению. В рассмотренном случае оносоставляет 20 раз.3266452 Составитель В. Краснопольскийактор А. Юприянова Техред Л,Сердюкова Корректор Т. Колб Заказ изводственио полиграфическ Проект г. Ужгород,прил 33,у. Тираж бб ВНКИПИ Государственног по деламизобретений 13035,. Москва, %-35, 1Покоиитета СССРи открытийауаская наб., д