Линейный ускоритель заряженных частиц

Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 05.04,76. Бюлле Государственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий(45) Дата опубликова исания 03.09.76 2) Авторыизобретения М, Леви, В, Рябцов, Д. Г. Борисов, А, И, Грызлов 1) Заявит 54) ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Изобретельной ин з длин ледуюши вательность сгустковдругим с частотой фазов 1тение относится к области уско техники и может быть использ проектировании линейных ускор нжекторов для кольцевых ускор вано при ителей - и ителей,Известно, что при инжекции частиц ввозрастающее магнитное поле целесообразно использовать линейные ускорители, навыходе которых могут быть получены пучкичастиц с энергией, нарастающей в течениеимпульса, Для этого используют специальную систему внутренней перестройки сгустков частиц по энергиям (дебанчер) совместно с монохроматизируюшим резонатором(волновод), в котором фаза высокочастотного поля ыодулируется по определенномузакону, что эквивалентно возбуждению начастоте, отличной от частоты основныхускоряюших секций, Построенный по такомупринципу известный линейный ускорительработает следуюшим образом,Пучок на выходе основного ускорителяпредставляет собой периодическую последо каждого сгустка равна Д 9, и частицывнутри сгустка в общем случае беспорядочно распределены по энергиям, Частицы сразной энергией проходят дебанчер за разное время, поэтому на выходе дебанчерасоздается определенная корреляция междуэнергией частицы и ее положением в растянутом сгустке. Далее сгустки пропускаютчерез монохроматизируюший резонатор, ко О торый уменьшает энергетический разбросчастиц в каждом сгустке, сопоставляя частицам с меньшей энергией большее поле.При этом модулируют фазу высокочастотного поля в монохроматизируюшем резона 15 торе так, что каждый предшествующийсгусток проходит через резонатор в меньшем поле, чем каждый последуюший; в результате средняя энергия сгустков частицв течение импульса плавно возрастает.20 Однако в известном ускорителе диапазон изменения фаз сгустков, а следовательно, и их энергии при прочих фиксированныхпараметрах устройства существенно ограниченьЬЭто объясняется тем, что в общем 25 случае изменение средней энергии сгусткови одновременная монохроматизация частицвнутри сгустка для некоторых сгустков. несовместимы. Напрмер, если крайние вимпульсе сгустки проходят через резонатор в положениях А и Б (фиг. 6), когда 5изменение средней энергии от сгустка А кБ максимально, монохроматизация в этихсгустках вовсе отсутствует, Кроме того,степень монохроматизации изменяется взависимости от крутизны участка синусоиды, где расположен сгусток, Таким образом, перемещение сгустков по фазе полядля модуляции их энергии допустимо только в "линейной" части синусоиды монохроматизирующего поля, 15Цель изобретенияулучшение степенимонохроматизации и сокращение протяженности камеры дрейфа,Цель достигается тем, что в предлагаемом линейном ускорителе между основным 20ускоряющим трактом и системой внутренней перестройки сгустков частиц по энергиям (дебанчером) расположена секция,модулируюшая среднюю энергию сгустков,причем основные ускоряющие секции соединены с генератором ВЧ колебаний на частоте ) О, модулируюшая секция соединенас генератором ВЧ колебаний на частотеф , а секция монохроматора соединена с генератором ВЧ колебаний на частоте 30, равной частоте следования сгустковна выходе дебанчера и отличающейся оти , генераторы различных частотсвязаны с возбудителем ВЧ колебаний на частоте о через фазируюшие элементы и все генерирующие элементы соединены с си нхро низат ором.На фиг. 1 приведена блок-.хема предлагаемого линейного ускорителя, один из 40 возможных вариантов; на фиг, 2 - графически показаны фазовая длина сгустка и распределение частиц в нем по энергиям в известном линейном ускорителе; на фиг.3 - то же в растянутом сгустке; на 4 б фиг. 4 - сгусток, пропущенный через монохроматизируюший резонатор; на фиг, 5 - график изменения средней энергии сгустка частиц в течение импульса; на фиг. 6 - график изменения соедней энергии в случае 50 отсутствия монохроматизации для известного линейного ускорителя.Предлагаемый линейный ускоритель содержит источник 1 заряженных частиц;основной ускорительный тракт 2 (диафраг кированный волновод); модулируюшую секцию 3; магниты 4 дебанчера со средними траекториями 5 сгустков; монохроматизируюшую секцию 6, клистронные генераторы 7, 8, 9 ВЧ колебаний; фазируюшие 60Для реализации на выходе ускорителяотношения Ь Е/Е = + 0,2% могутбыть выбраны следующие условия; фазовая протяженность ф сгустков на выходе основной части ускорителя, рад Частота О , Мгц 0,21818 элементы 10; возбудитель 11 и синхронизатор 12.Работает линейный ускоритель следующим образом.Импульс синхронизатора 12 включаетимпульсное питание возбудителя 11, генераторов 7, 8, 9 и источника 1 заряженных частиц. Источник 1 инжектирует восновной ускорительный тракт 2 импульсную последовательность частиц.Возбудитель 11 возбуждается на частоте )О и через фазирующие элементы 10возбуждает генераторы 78, 9, которыев последовательности, указанной импульсами синхронизатора 12, и в соответствиис формой высоковольтного импульса питания возбуждаются соответственно на частотах 01,и питают ВЧ энергией секции 2, 3, 6. В результате этогопучок частиц, проходя через тракт (секцию) 2 группируется и ускоряется в полебегущей волны (частота) до релятивистской энергии, в секции 3 модулируется по энергии от сгустка к сгустку в поле бегущей волны с частотой .У и по 1 1ступает на вход дебанчера. Промодулированные по средней энергии сгустки частиц,пройдя через магниты дебанчера по траекториям 5, изменяют частоту следования сна , Так как монохроматизирующая секция 6 возбуждена также на частоте, то сгустки, поступившие в нее,оказываются одинаково сфазированнымиотносительно ускоряющего поля, что позволяет выбрать наилучшие (по фазе поля)условия для монохроматизации и предотвращает добавочную модуляцию энергии всекции 6,Таким образом, на выходе линейногоускорителя может быть получен пучокэлектронов с малым энергетическим разбросом в пределах сгустка, заключеннымдля каждого сгустка в пределах сепаратрисы кольцевого ускорителя. Средняяэнергия сгустков при этом следует заизменением магнитного поля, а изображение пучка на фазовой плоскости непрерывно следит за движением аксептанса кольцевого ускорителя в фазовом пространстве.Энергия частиц в начальной части импульсе, Мэв 40 Длительность импульса,мксек 5 Нарастание энергии пучка, % 10 5 Энергия частиц в конце импульса, МэвНеобходимая разница частоти о, кгц 44 10Необходимая разница частоти , кгц88Предлагаемый линейный ускоритель приработе основных узлов на указанных часто 15тах споообен обеспечить эффективную многооборотную инжекцию и повысить коэффициент захвата частиц в кольцевом электронномсинхротроне со слабой фокусировкой.формула изобретенияЛинейный ускоритель заряженных частиц, содержащий последовательно расположенные основной ускорительные тракт, камеру дрейфа для перестройки сгустков частиц по энергиям и монохроматизирующую секцию, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью улучшения степени монохроматизации и сокращения протяженности камеры дрейфа, между камерой дрейфа и основным ускорительным трактом расположена секция для модуляции средней энергии сгустков, а камера дрейфа помещена между полюсами отклоняющих магнитов,,Орлова ниски ддк раж мсн ИИПИ Го дарственного комитетапо делам изобретений иМосква, 113035, Раушска атент", г, Ужгород, ул. Проектная иал П СоставительТехред И.Х б 1 О Изд, М /Я/О овета Министров Сткрытий наб., 4