Электромагнит цилиндрического бетатрона

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ и 11605511 ФВ(51)М. Кл,з с присоединением заявки йо(23) Прмормтет -Н 05 Н 11/00 Госудавствевимй комитет СССР но дедзи изобретений е открытий(088.8) Дата опублмковаммя опмсаммя 07. 10. 813Научно-исследовательский институт ядерной физики,электроники и автоматики при Ордена Октябрьской.Революции и ордена Трудового Красного ЗнамениТомском политехническом институте им. С.М.Кирова(54 ) ЭЛЕКТРОМАГНИТ ЩЛИНДРИЧЕСКОГО БЕТАТРОНА Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц и может быть использовано при разработке индукционных ускорителей.Известен электромагнит цилиндрического безжелезного бетатрона с однородным по радиусу управляющим магнитным полем и электрическимиили магнитными зеркалами на краях рабочего зазора 1.Известен также электромагнит цилиндрического бетатрона, в котором роль магнитных зеркал выполняют полюса гребневого типа 2 1, содержащий ферромагнитный магнитопровод с полюсными наконечниками, намагничивающую катушку, выполненную в виде соленоида, и центральные вкладыши, установленные по оси соленоида.В цилиндрических бетатронах пучок ускоряемых электронов сильно вытянут по оси соленоидов и сжат по радиусу в большей степени, чем в обычных, так как показатель радиального спада поли п близок к 0 в рабочей области.К недостаткам известнах цилиндрических бетатронов относится резонансная неустойчивость ускоряемых электронов, так как при значении и = 0 имеет место равенство между частотой обращения и частотой радиальных колебаний электронов, что при наличии неоднородностей поля может привести к резснансному увеличению амплитуды радиальных колебаний. Это приводит к тому, что проис-.О ходит усиленный самопроизвольныйсброс электронов на стенки камерына протяжении большей части циклаускорения, Этот недостаток усложняет конструкцию электромагнита, 15 так как необходимо формировать управляющее поле с более жесткими допусками, потому что раскачка радиальных колебаний может происходить какиз-за малых искажений магнитного по ля, так и из-за взаимодействия ускоряемых электронов между собой вусловиях почти постоянного магнитного поля.Получение же достаточно большой 25 скорости нарастания матнитного поля,с помощью которой можно было быдемпфировать раскачку радиальныхбетатронных колебаний, эа счетадиабатического уменьшения амплиту" 30 ды усложняет схему питания электроИз выражения (5) следует, что потенциальная функция периодически изменяется по г - координате, причем если в плоскостях равновесных орбит ,(г = О, го/, 2 го 1 и;г о) величину Ч 15 ( г = го, г = О, г) принять равной 1то в плоскостях г = г 01/г Зго 1/г5 го 1/гбудет больше 1 и равна (А) , где А - величина векторного потенциала при г = о 1 и г = г ю/г, 20 Зг ,/, Частота изменения характеристик поля равна ЯЖЭ"(6) 25 ЗО Электромагнит цилиндрического бе татрона, содержащий ферромагнитныймагнитопровод с полюсными наконечниками, намагничивающую катушку, выполненную в виде соленоида, и центральные вкладыши, установленные по оси соленоида, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения потерь частиц в процессе ускорения за счет устранения раскачки радиальных бетатронных колебаний, в нем предусмотрены средства для осуществления вариации показателя спадания магнитного поля по аксиальному направлению, например намагничивающий соленоид, выполненный с аксиально-периодической плотностью намотки витков, а центральные вкладыши установлены с периодически повторяющимся зазором. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеЯ . 1. Коробочко.Ю.С. и Шилков К.С.Модель цилиндрического безжелезногобетатрона. ЖТФ, 1960, т.30, вып. 8,с, 981-983.2. Авторское свидетельство СССР5 Р 496895, кл. Н 05 Н 11/00, 1973. плоскостях,. а колебания частиц относительно равновесных орбит осуществляются в сложном силовом поле,фокусирующие свойства которого характеризуются потенциальной функцией ЧЧ (г,г) ад(г,г) = Область устойчивого движения имеет сложную форму, конфигурации и размеры которой зависят от выбранных величин го, и , Ад-. Типичнаявкартина области устойчивого движения приведена на фиг. З,а (по данным расчета на ЭЦВМ), а изменение показателя спадания поля для этого же случая на фиг. З,б (при расчетах принято А = 1,005, по = 0,3;г= 15 см).В процессе инжекции,частицы заполняют всю область; ограниченную поверхностями равного потенциала (линиями 6). В процессе ускорения вследствие адиабатического сжатия весь пучок распадается на отдельные сгустки, которые последовательно занимают объемы, ограниченные эквипотенциальными поверхностями 7-10. В конце цикла ускорения частицы либо сбрасываются на отдельные мишени, либо выводятся за пределы ускорителя (мишени на чертежах не показаны). Вследствие аксиальной вариации показателя магнитного поля (см,фиг. З,б) и разделения пучка в процессе ускорения на несколько отдельных пучков резонансной раскачки колебаний не происходят. Если в цилиндрическом бетатроне показатель поля равен О, то в предлагаемом бетатроне показатель принимает переменное значение, так, из фиг.З,б следует, что показатель поля и колеблется около нуля с амплитудой, которая изменяется по радиусу и равна О, 3 на ге, причем, чем меньше эти значения отличаются от О, тем меньше деформация 11 и слабее демпфирующее свойство поля. На фиг.З,а пунктирной линией 12 показана граница области устойчивого движения для известного цилиндрического бетатрона при и, = О.Для того, чтобы устранить утечку электронов через торцовые части,можно использовать уже известные электро" статические или магнитные зеркала либо применить ферромагнитный магнитопровод 13 с полюсами гребневого типа 14 (на фиг. 3 показан 6-гребневой полюс). Предлагаемое устройство позволяет также использовать известные полюса, формирующие азимутальнооднородное управляющее поле.Уменьшение потерь частиц за счет устранения раскачки радиальных бетатронных колебаний приводит к повышению количества ускоряемых частиц и КПД всего бетатрона. Увеличивается также производительность работ с его использованием.Величина вариации показателя магнитного поля может быть рассчитана приближенно для конкретной установ" ки.Практика работ бетатронов показывает, что создание вариации показателя поля с амплитудой 0,1-0, 2 оказывается достаточной для стабильного движения ускоряемых частиц.Кроме того, предлагаемая конструкция цилиндрического бетатрона может генерировать несколько импульсов излучения, временной интервал между которыми регулируется. Формула изобретения605511 вни Тир илиал ППП "Патент",Ужгород, ул,Проектная