Способ накопления пучка ускоренных заряженных частиц

19) ЗЦМ)З Б5 ЕТЕ СКОР л СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУбЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ НАКОПЛЕНИЯ ПУЧКАНЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ(57) Изобретение относится к ускоритнике и может быть использовано для полятивистских пучков заряженных частидиапазоном применения, включая гесинхронного излучения. Целью изобется повышение числа накопленных часткорения и накопления частиц использу3, расположенная между сплошым 1 и ельнои техлучения рец с широким нерирование ения являетиц. Для усется система кольцевым 2 2электромагнитами ведущего магнитного поля. Инжекция частиц осуществляется из источника 4, расположенного в центре системы В процессе у рения и вывода на орбиту накопления первой порции частиц магнитное .поле электромагнита 1 нарастает во времени, после чего включается кольцевой магнит 2 и синхронно с нарастанием поля этого магнита начинает убывать поле магнита 1. В результате поле на орбите накопления сохраняется, а поле в центральной области уменьшается и система подго;ав,ъвается к ускорению, и выводу на орбиту накопления следукицсй порции частиц. Большое количество циклов в способе обеспечивает повышение числа накопленных частиц. 3 ил.мени ведущего магнитного поля сплошного электромагнита 1, в середину ускоряющей щели дуантной резонансной системы 3 вводится в момент то первая порция частиц тепловых скоростей - импульс ист (фиг. З,д). Процесс ускорения первой порции частиц осуществляют увеличением индукции Вс(1) ведущего магнитного поля сплошного элек- .ромагнита 1 в интервале времени т 1-то от 55Ф,Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения релятивистских пучков заряженных частиц широкОго диапазона их приме" н ения, включая генерирование 5 синхротронного излучения.Целью изобретения является повышение числа накопленных часгицйа фиг. 1 схематически изображено устройство для реализации способа в разрезе 10 по медианной плоскости с траекторией движения ускОренных частиЦ, "нз фиг, 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показаны ВР 8 М 8 ННЫЕ ДИЗГРЯММЫ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХО" дящих при реализации способа, 15Устройство для реализации способа содержит сплошной электромагнит 1 ведущего магнитного поля, который может быть безжелезным со сверхпроводящей обмотКой ИЛИ С Ж 8 ЛЕЗНЫМ С 8 РДЕЧНИКОМ, НЗХОДЯ" щийся между его полюсами кольцевой электромагнит 2 ведущего магнитного поля, а также расположенную в медианной плоскости электромагнитов 1 и 2 дуантную резонансную систему 3, возбуждающую 25 ускоряющее СВЧ-поле в устройстве. В центре системы 3 находится источник 4 заряженных частиц. Позицией 5 на фиг. 1 обозначена траектория движения заряженных частиц в процессе ускорения и перехо- ЗО да их на релятивистскую орбиту 6, радиус которой соответствует среднему радиусу кольцевого электромагнита 2. В устройство может быть введен дополнительный резо- натор 7 типа четвертьволнового резонатора 35 ТЕМ-волны с боковьм вырезом, который может быть установлен на орбите 6 в месте, свободном от дуантной системы 3, для компенсации потерь энергии накопленного пучка от радиационного трения (синхрот ронного излучения). На фиг. 1 и 2 источниКи питания (и обмотки) электромагнитов и СВЧ-системы не показаны. Системз 3 и источник 4 находятся в вакуумированном корпусе.45Способ осуществляют следующим образом.Подают от источников энергию в обмотки электромагнитов и в дуантную СВЧ-сис. тему. Из источника 4 заряженных частиц в 50центральную область переменного во вре-е начального значения Во(фиг, З,а), соответствующего циклотронному резонансу заряженных частиц (определяемому любым известным методом, например, с помощью датчика магнитного поля), и при воздействии на порцию частиц также полем Есвч(фиг. З,г), дуантной СВЧ-системы 3. В процессе ускорения частиц по траектории 5 осуществляют их введение на релятивистскую орбиту 6, являющуюся одновременно орбитойнакопления пучка, что соответствует моменту времени и значению магнитного поля Б . Для уменьшения радиально-фазовых колебаний на орбите 6 данной порции частиц, необходимого для подготовки приема нз орбиту следующей порции частиц при их накоплении, осуществляют в интервалеВРЕМЕНИ Ф 2-11 ВОЗДЕйСтвиЕ на порциЮ чаС- тиц дополнительным ведущим магнитнымполем Вк(т) (фиг, З,б), возбуждаемым с момента времени 11 кольцевым электромагнитом 2. При этом в интервале времени т 2-О поле Вс(т) сплошного электромагнита 1уменьшают до значения Во и одновременно увеличивают поле Вк(т) кольцевого электромагнита 2, причем в интервале т 2 ц суммарное поле Я Вк+Вс) (фиг. З,в) на орбите накопления не падает ниже уровня В 1, а в момент времени тз достигает значения В 2 и обеспечивает в интервале тз-т 1 уменьшение радиально"фазовых колебаний первой порции частиц на орбите 6, радиус которой совпадает со средним радиусом В кольцевого электромагнита 2 (что можно известным образом проконтролировать по величине поперечного размера пучка, например с помощыб экрана телевизора, передающего информацию о размере пучка по его свечению).В момент времени т 2 вводят вторую порцию частиц, включая источник Ист (в момент 12), и начинают ее ускорение в интервале т 4-12 аналогично ускорению первой порции, Причем предыдущая порция частиц находится на орбите 6 в зоне с ммарного ведущего магнитного поляВс+Вк), значение которого в момент времени т 4 доводят до ранее полученного значения В 1 (соответствующим уменьшением поля Вк(т) ) в интервале т 4 - тз, когда первая порция частиц достигла релятивистской орбиты в момент времени т 4, Далее для уменьшения радиально-фазоеых колебаний предыдущей порции частиц в интервале времени тб-т 4 поле В сплошного электромагнита 1 понижают (в интервале т:.-ц 4) дс значения Во в момент времени 15 и включают в этот момент источник частиц :с, 1-о1632348 6 суммарное поле (Вс+ Вк) в кольцевом электромагните 2 не опускается ниже значения В благодаря включению в момент Т 4 поля В) кольцевого электромагнита 2 (достигающего в момент М значения Вг), 5 при этом к моменту времени тб значение ЯВ+ВД достигает Вг, обеспечивая в интервале времени тб-Т 5 уменьшение радиально- фазовых колебаний второй порции частиц.После этого вводят в момент времени В 10 третью порцию и в соответствующие моменты времени поступающие порции частиц, повторяя для каждой из порций весь цикл операций, аналогичных операциям для второй порции частиц в интервале времени 15 И-тг.Поскольку ускоряющее напряжение вдоль дуантной.системы 3 распределено по косинусоиде и на орбите накопления составляет третью часть от максимума, а мощ ность потерь на компенсацию синхротронного излучения значительно больше в накопленном пучке на орбите накопления в случае, если необходимо компенсировать эти потери, можно 25 использовать резонатор 7. установленный вне дуантной системы на орбите 6 накопле- - ,циклов ускорения для каждой новой пор.ции частиц, отличающийся тем, что, сцелью повышения числа накопленных частиц, СВЧ-поле для ускорения и накопления частиц возбуждают с помощью общего для обеих зон источника и формируют магнит ное. поле зоны ускорения и зоны накопле-,ния с общей кольцевой границей, при этом в момент перевода частиц из зоны ускорения в зону накопления магнитные поля обеих эон на общей границе возбуждают с 40 одинаковой величиной напряженности,СПОСОБ НАКОПЛЕНИЯ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, включающий повышение энергии частиц в зоне ускорения в переменном во времени магнитном поле и резонансном СВЧ-поле, перевод ,их в зОну накопления, также содержащую переменное во времени магнитное поле и резонансное СВЧ-поле, и увеличение числа частиц в зоне накопления путем периодического повторения Формула изобретения ния, с помощью которого на орбиту накопления вводят дополнительную СВЧ-мощность.Сравнение с прототипом показывает, что потери частиц при вводе пучка на релятивистскую орбиту в прототипе благодаря энергетическому разбросу составляют около 50 от предварительно ускоренного пучка, В данном способе при вакууме порядка 10 мм рт,ст. потери частиц отсутствуют, Энергетический разброс их здесь не имеет значения.Таким образом. предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом эа счет ускорения и накопления пучка в одной и той же описанной СВЧ-ускоряющей системе в суммарном ведущем магнитном поле увеличить интенсивность накопления не менее. чем в два раза, что позволяет уменьшить время накопления при более простой аппаратурной реализации способа. 56) Адо Ю.М. Атомная энергия, 1962, т. 12,в. 1, с, 54.Авторское свидетельство СССРМ 1132784, кл. Н 05 Н 13/00, 1982.