Способ фокусировки и ускорения пучка заряженных частиц

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 191 (111 Н 05 Н 9/00 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ м иэтом поперечволны увеличиеречно эту энерги бор плоско лучить раве оси систем.ва условия дляагнитных полей ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Миллер М, Л, Движение заряженнойчастицы в высокочастотных электромагнитных полях, Изв, высш, учеб. заведений, Радиофизика, 1958, т. 1,вып, 1, с, 110-123,Ра 1 шег В. В., 1 пт,егас 1 оп оГ ге 1 аСЫяСс раг 1 дс 1 ея апй аггее е 1 ес 1 гошадпе 1 с иначея п СЬе ргеяепсе .о 1 ая 1 а 1 с Ье 1 хса 1 шадпе 1. 1, Арр 1. Раув.1972, ч. 43, 9 7, р. 3014-3023,(57) Изобретение может быть использовано при разработке линейных ускорителей с высоким темпом ускорения ибольшой интенсивностью ускоренногопучка (П). Цель изобретения - повыше 7. Бкд. Икий инженерно-физический ние эффективности фокусировки и уск рения путем транспортировки.П вне оси ускоряющей и фокусирующей систе и расширение апертуры области фокусоровки и ускорения, В системе ускоре ния и фокусировки П возбуждаются электромагнитное и магнитостатическое поля с общей плоскостью симметрии или антисимметрии, ориентированной вдоль направления движения П. Причем П инжектируют в этой же плос кости, При этом имеет место совмест ное воздействие на П поперечных компонент электромагнитного и магнитостатических полеи. При ное электрическое поле вает энергию пучка, а магнитное поле переводи в продольное движение. сти инжекции позволяет новесную траекторию вн В описании приведены д поперечных компонент м2 ил1358115 Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке линейных ускорителей с высоким темпом ускорения и большой интенсивностью ускоренного пучка.Целью изобретения является повышение эффективности фокусировки и ускорения путем транспортировки пучкавне оси ускоряющей и фокусирующейсистем и расширение апертуры областифокусировки и ускорения,На фиг. 1 показано расположение-е"Авекторов поля В, Ви Е в поперечной плоскости ХУ, когда плоскостьинжекции УЕ является плоскостью симметрии магнитного поля волны; нафиг, 2 - вариант, когда плоскостьинжекции УЕ является плоскостью антисимметрии магнитного поля волны.Ускорение осуществляется вдоль осиЕ В - вектор поперечной компоненВ Оты магнитостатического поля В и .В - вектора поперечных компонент 25магнитного и электрического полейэлектромагнитной волны,Согласно данному способу в систе-.ме ускорения и фокусировки пучка возбуждается электромагнитное и магнито- ЗОстатическое поля с общей по магнитному полю плоскостью симметрии или антисимметрии.Фазовая фокусировка и ускорениепучка после его инжекции в плоскости1 Е имеют место в результате совместного воздействия на частицы пучка поперечных компоненты электромагнитного и магнитостатических полей. Приэтом поперечное электрическое поле 40волны Е увеличивает энергию пучка,а поперечное магнитное поле ондулятора переводит эту энергию в продольное движение. Причем в среднем ускорение возможно, если скорости частиц 45-ЮиЬ = - е - -полейЕ, В иВщс 2 В В Е Вмного меньше единицы, В этом случае на медленное изменение траектории частицы в плоскости инжекции накладываются быстрые осцилляции с амплитудой- - 1 В ( в этой же плоскости,Ъ е 112 Вкогда она является плоскостью анти- симметрии, или - перпендикулярные плоскости инжекции, когда она являет" ся плоскостью симметрии магнитного поля.Быстрые осцилляции приводят к появлению эффективной потенциальной ямы, Причем, если частицы пучка находятся только в поле электромагнитной волны вдали от оси, они фокусируются вдоль одной поперечной координаты (например, в плоскости антисим-е 1Ф метрии поля В, если,ВОй Э и дефокусируются в перпендикулярном направлении, Аналогичная картина имеет место при движении пучка вне оси периодического магнитостатического поля,Специальный выбор плоскости инжекции, который указан (в нашем случае это плоскость УЕ), позволяет получить равновесную траекторию вне оси системы, если выполнено одновременно два условия для поперечных компонент маги е нитных полей Ь = Ь х + Ь УХ оо/Ь" =/Ьп /и - /Ь"/ = -- Ье(И)а а Равновесная траектория будет остае. ваться устойчивой для частиц, инжектируемых при любой начальной фазе поля волны, когда ду Эу / 1,дх дх ). Прирост энергии на длине %0 равен Ъ 2 Ъв - (о)Р Е1 Ь 1 сояЪь 75 угде ю - частота ВЧ-поля,Рассмотрение процесса поперечной фокусировки и ускорения удобно провести в том случае, когда безразмерныеъ 1р 1 еЕ 1 В % О 1 еВ Э амплитуды а = В е; Ь2 нкпс,2 В - О д г у если плоскость инжекции УЕ является плоскостью симметрии магнитного поля илиесли плоскость инжекции УЕ являетсяплоскостью антисимметрии магнитногополя,Неравенства.(2) и (3) несложно получить из уравнений поперечного движения, найденных в гладком приближении и с учетом симметрии полейЗа счет специального выбора зависимостейЪ (Е) и Ч (Е) от Е можнообеспечить близкий к единице коэффициент захвата частиц в режим ускорения, как это имеет место, например,в линейных резонансных ускорителях,Все сказанное о Фокусировке и ускорении пучка справедливо при исполь зовании волноводных систем как в режиме бегущей, так и стоячей волн,Рассмотрим отдельно ускорение легких и тяжелых частиц (электронов ипротонов) в СВЧ и ВЧ полях, 20Для ускорения электронов использу.ют специальные замедляющие системытакие, как круглый диафрагмированныйволновод (КДВ), В КДВ фазовая скорость ускоряющей Е, волны T0,4 с 25,и для эффективной группировки и ускорения необходимо иметь сравнительновысокую энергию инжекции М80100 кэВ. Предлагаемым способом можнов гладком волноводе сгруппировать иускорить вне оси одновременно несколько пучков с низкой энергией инжекции Же10 кэв используя например,Н, волну с Ч ) с и периодическое поле соленоида. Скорость синхронной частицы будет Ч 0,21 с приЪь = 10 см, %= 2 см, Если Е= 65 кВ/см, то согласно (1) величинаоВ - 0,08 Т, а прирост энергии наединицу длины равен ьЯ = 2,16 МэВ/м, 40Для группировки и ускорения протонов можно использовать ТЕМ волну,При %= 3 м, 3, = 0,045 м имеем 11,5 О с, что соответствуетэнергии инжекции М = 100 кэв. Если 45ГЕ = 90 кэВ/см, величина В = 2 Т, аомаксимальный прирост энергии-1,45 МэВ/м. Это более чем в два раза превышает аналогичную величину,полученную в ускорителях с простран,ственно однородной квадрупольной фокусировкой,Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить поперечную фокусировку и ускорение пучка заряженных частиц вне оси ускоряющей ифокусирующей системы. Эффективностьускорения как легких, так и тяжелыхчастиц в определенном диапазоне энергий и длин волн выше, чем в известных ускорителях. Предлагаемый способпозволяет ускорять одновременно несколько пучков, т,е. увеличить выходной ток,Формула и з о б р е т ения Ч 5Угде В амплитуда поперечной компоненты магнитного поляэлектромагнитной волны,(Тл);амплитуда поперечной компоненты магнитостатическогополя, Тл;- поперечный единичный век.- тор, лежащий в плоскостиинжекции;- длина волны электромагнитного поля м- пространственный периодмагнитостатического помфазовая скорость электромагнитной волны, м/с;скорость синхронной частицы, м/с. В Способ фокусировки и ускорения пучка заряженных частиц, включающий воздействие на пучок периодическим в пространстве магнитостатическим полем и переменным во времени электромагнитным полем, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности фокусировки и ускорения путем транспортировки пучка вне оси ускоряющей и фокусирующей систем и расширения апертуры области фокусировки и ускорения, электромагнитное и магнитостатическое поле возбуждают с общей по магнитному полю плоскостью симметрии или антисимметрии, ориентированной вдоль направления движения пучка заряженных частиц, при этом пучок инжектируют в этой же плоскости, а в месте инжекции выполняются условияСоставитель В, КраснопольскийРедактор В, Буренкова Техред И.Верес Корректор И, Мус 10 58 Зака ПИ 0 ическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Производственно-по Тираж 799Государственногоелам изобретенийМосква, Ж, Рау Подписноекомитета СССРоткрытийская наб., д, 4/5