Способ ускорения заряженных частиц в циклическом ускорителе

(22) Заявлено 3.2, 10,7 О.(2 ) 3 483460/26-25с присоединением заявки РЙвв делам нзвбуетеккй н впцвтнйОпубликовано 15.08.8 Х БюллетеньЗО (53) УДК384 6(088 8) Дата опубликования описания Х 8 08.81.(72) Авторы изобретения В. С, Панасюк, А. А. Соколов и В. М,(71 Заявнтел 4) СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТ 8 ЦИКЛИЧЕСКОМ УСКОРИТЕЛЕм из возможных способов повыщ ности циклических ускоритея каскадное ускорение, при ьзуется последовательно ьцевык магнитов, причем ого следующего магнита пропорционально уменьшению взмеров ускоряемого пучка. и ия эффектив ей явдяетс отором испол ескодько код апертура квждменьщается оперечных р Изобретение относится к обдасти ускорения заряженных частиц.Известно,что амплитуда поперечных кодебаний частиц, ускоряющихся в цикдическом ускорителе, изменяется пропорционадьно Я- ф, где И - величина магнитного доля на орбите. При неизменной конфигурации магнитного поля это приводит к тому, что линейно с ростом веди- чины магнитного подя на орбите Н уменьшается отношение объема пучка частиц к объему магнитного поля в ускорителе. Ддя ускорения используется все меньшая часть нарастающего магнитного поди, эффективность ускорителя понижается. В сдабофиксирующих магнитных систьмах технически дегко осуществим идругой способ - изменение конфигурациимагнитного поля таким образом, чтобывеличина доня нарастада в основном тодьг-ко непосредственно в области, занятойпучком. Бдвгодаря этому обеспечиваетсякак бы подвижность апертуры, магнитноеподе уменьшает свой объем вместе с ускоряющимся пучком. Это удобнее всегоосуп ествить в безжедезиой магнитнойсистеме пуем цосдедовательного включения соответствующих обмоток с током.Особенно эффективно использование увеличенной апертуры при инжекции, когда магнитное поле мало и создание большихобъемов попей необходимой конфигурацис энергетической точки зрения не представдяет затруднений. Интенсивность жеускоренного пучка при прочих равных усдовиях возрастает квадратично с уведиченнем апертуры.Известен способ иижекции в циклических ускорителях, при котором магнит ускорителя в период инжекции имеет резко увеличенную радиальнукэ апертуру. Инжектируемые частицы,. двигаясь по спирали, занима(от весь магнит в радиальном направлении и затем, сто; я;отся вихревымэлектрическим полем, .стягиваясь к некоторой равновесной орбите(1,альнейшееускорение можно при этом о с уществлятьв магнитном поле, нарастающем тольков областизатянутой пучком, Очевидночто для накопления инжектируемых частиц может бгять использована также резко увеличенная на время инжекции вертикальная. апертура, что и является сущностью предлагаемого способа инжекции.Увеличенная вертиквльнвя апертура наиболее целесообразна в безжелезных (лаг-.нитных системах, ,где достаточно простоформируется магнитное поле соответствующей конфигурации.На чертеже показана последователь -ность операций при осуществлении предлагаемого способа инжекции.В момент времени с =1 в некоторойобласти возбуждают аксиально симмет -ричное вспомогательное магнитное поле Н.Ось 2 симметрии этого поля является осьюсимметрии и основногс магнитного поля,сиальная сос; авляющая Н полл Н нарастает по оси ; в обе стороны от некоторой точки, пежашей на;:сн, дости ает максимума и затем падает до О при дальнейшем увеличении модуля ), Соответствующая конфигурация силовых линий 3.вспомогательного магцитного поля и график 2, ил(цострирующнй изменение аксиальной составляющей Н - , вспомогательного магнитного поля вдоль оси 2Ч =-" цриведень( на чертежемомент=), Созданное таким образом магнитное поле совпадает с полем обычной адиабатической ловушки с магнитными пробками или зеркалами. В качестве магнитных зеркал, отражаюших .вращающиеся вмагнитном поде заряженные частицы, служат области с увеличенным значением.(В момент 1 = 1( в созданное ранеемагнитное поле инжектируют ускоряемыечастицы так, что они целиком заполняютобласть 3 между магнитными зеркалами,Для этой цели может быть использованлибо внешний инжектор, либо инжекциятипа циклотронной.50 ускорителя без сушественного увеличенияэнергетических затрат на создание ведущего магнитного поля. пучка улоновская сила расталкивания должна быть компенсирована эффектом магнитного сжатия частиц в пучке. Поэтому по окончании инжекции частиц начинают проводить предварительное ускорение с одновременным уменьшением расстояниямежду магнитными зеркалами. Предварительное ускорение можно осуществлятькак бетатронным способом, так и с помощью высокочастотного электрического поля, но в обоих случаях ведущее магнитное поле на орбите должно возрастать,чтобы удерживать пучок в пределах радиальной апертуры ускорителя .15 Расстояние между магнитными зеркалами уменьшают по мер ускорения частиц. Наиболее очевидным критерием степени сближения магнитных зеркал является удержание частот поперечных колебаний вдали от опасных резонансов, в противном случае часть пучка может потерятьс. Необходимая " жесткость магнитнойсистемы, определяюша; ( с учетом собственных полей пучка) частоты бетатронныхколебаний, может в широких пределахменяться как за счет изменения расстояния между зеркалами, так и за счетизменения "пробочиого отношения", т.е,отношения поля в области магнитногозеркала к полю в плоскости 4.В момент= 1 предварительноеускорецие и сжатие пучка окончены. Частицы находятся в медианной плоскости 4основного кольцевого магнита ускорителя(не показан на чертеже), размеры пучка 35соответствуют апертуре этого магнита,а энергия пучка - величине поля в нем,Таким образом, этап инжекции закончен.Дальнейшее ускорение можно осуществлятьлюбым способом с помощью любой магниз 40ной системы.Предлагаемый способ ускорения с накоплением частиц по вертикали позволяет естественным образом использоватьособенности безжелезных магнитных систем, в которых технически проще увеличивать не радиальную, а вертикальную апертуру, Этот способ повышает эфректив ность циклического ускорителя, так как значительно увеличивает интенсивностьЧтобы уменыцить размеры области 3, занятой частицами, сохраняя их количес во, необходимо увеличить энергию частиц. Возрастающая при увеличении плотности Формула изобретения Способ ускорения заряженных частиц в цикпическом ускорителе, заключающийсяв том, что в основное магнитное полеинжектируют заряженные частицы, а затем их ускоряют в бетатронном или высокочастотном режиме, о ъ л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышенияинтенсивности ускорителя, в нем возбуждают вспомогательное аксиально имметричное магнитное поле, аналогичное ппю адиабатнческой ловушки с двумя под 328833 бвижными магнитными зеркалами, ось котороГО совпадает с Осью ОсновноГО миГнитного поля, после чего в область вспомогательного поля инжектируют заряженные ча:типы, а в процессе ускоренияувеличивают напряженность вспомогательного поля и, изменяя его конфигурацию,смещаюв магнитные зеркала к средней плоскости основного магнитного поля.