Способ многооблолтной инжекции заряженных частиц

5) Дата опубликования описания 07.09.8(54) СПОСОБ МНОГООБОРОТНОЙ ИНЖЕКЦИИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦгда удд ется от способа в рс: им уседсвию чисгпел о обхогро 1, .д к и) зависитахваченных здьно про., боротов на 1 иц: д вводнизбежать ихпи,кекц 1 ч Чкорения опор1 оегчб сл отовых ла эффелтдвдовЛля обхоства обычноравновеснойте рдсполоЧисло захваформулой: ого устройение всей, стка в месустройствд. выра;дется,да частицами вводиспользуют сме орбиты или ее у и жени я вводного ченных оборотов ое 1,Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано в кольцевых ускорителях и накопителях со сл а бой фокусировкой.Известно, что заряженные частицы, инжектированные в постоянное магнитное поле кольцевого ускорителя, гибнут на вводном устройстве после нескольких оборотов и не захватываются в режим ускорения. Для вводного устройства, занимающего малую часть поперечного сечения вакуумной камеры ускорителя, число эффективных оборотов, под которым понимается число оборотов, совершаемых частицей от момента инжекции до момента попадания, на вводное устройство, определяется формулой:э ф - -(/э)где 0 - наименьшее общее кратн, - ближайшие к (1 - ,.)це.лые числа;- числа радиальных и вертикальных бетатронных колебаний соответственно.Задачей многооборотной инжекции является отвод частиц от вводного устройства к моменту возврата их на последнее. Число обходов и вводного устройства (под которым понимается число возвратов часЛ,= ". / го15 где 1 - полуширина рабочей области камеры;г, - радиальный размер пучка.Этот способ применяется, когда нужнозахватить в режим ускорения одну посыл ку ускорителя-инжектора. При накоплениинескольких посылок, что требуется для накопителей, орбиту с находящимися на ней частицами нужно вновь вернуть к вводному устройству. Это вызывает потерю части 25 или даже всего уже захваченного пучка,что делает данный способ неэффективным.Известны способы многооборотной инжекции без искажения равновесной орбиты, заключающиеся в использованнии рез 0 зонанса между радиальными и вертикаль-.35 45 50 55 69 65 ными бстатронныьгн колебания:и. Частоты колебаний устанавлнвьнот равными, мекду колебаниями вводят связь, которую снимают по окончании инжекции, Инжектируемым частицам вначале сооощают радиальные колебания, Амплитуда радна ,- пых колебаний прн резонансе со связью постепенно уменынается, а вертка:;ьых увслнчивается, при этом сумма квадратов амплитуд остается постоянной. Амплитудь: колебаний ямеют следующий вид:Х = Х, сов ОО,Е = Хо эгп О,где О - частота биений;д - азимутальный угол;Х, - начальное отклонение частицы оторбиты.Пглн осугцествлении связи квадрупольгльз полемс. 1 возможен отвод частРгц от вводного устройства только в радиально направлении, при связи продольным солено. альным полсм отвод возможен и по верткали/см 2. Число отходов для обоих направлений отвода опрсделястся выражением: и,. == л Хоl(2 гг)"гВидно, что отвод по вертикали дает большее число обходов.Пр равенстве частот вертика; ьнггх и радиальных колебаний, что необходимо для двух приведенных выше способов пнжекц.и, число эфг,:ективных оборотов для ускорителей со слаоой фокусировкой составляет грп- гетыре, что существенно огр.: - ничнвает число захваченных оборотоь, т. с, число захьаченных в ускорение частиц.Цель изобретения - увеличение числа захваченных оборотов за счет увеличеия числа эффсктивных оборотов, что приведет к увеличению числа накопленных в камере и захваченных в ускорение частиц в кольцевых ускорителях и накопителях.Это достигается тем, что частоту радиальных бетатронных колебаний, инжектированых в кольцевой ускоритель частиц, устанавливают равной удвоенной частоте вертикальных колебаний, связь между колебаниями устанавливают посредством секступольного магнитного поля, инжектнрованным частицам вначале сообщают как радиальные, так и вертикальные колебания. При этом отвод частиц от вводного устройства осуществляется по вертикали за счет уменьшения амплитуды вертикальных колебаний.На чертеже представлены формы биений амплитуд колебаний в плоскости отвода для трех спосооов многооборотной инжекции; кривая 1 - для т= твыражает связь колебаний квадрупольным полем; кривая 2 - для= связь соленоидальным полем; кривая 3 - для предлагаемого способа 2 т, - ,.1, связь секступольпым полем. По оси абсцисс отложен 5 10 15 20 25 30 азнмутальный угол, выраженный в числе обходов, по оси ординат - амплитуда колебаний, штриховой линией обозначен край вводного устройства, расчеты выполнены для Хо/го = 10.Из сравнения кривых видно, что число обходов по предлагаемому способу пр;- мерно равно числу обходов, получаемых по способу 1, и значительно превосходит число обходов по способу 2,Как указывалось выше, число захваченных оборотов равно произведению числа обходов на число эффективных оборотов, Прн инжекции по предлагаемому спосооу число эффективных оборотов равно 1 б - 19, так как частоты вертикальных и радиальных колебаний различные. Следовательно, применение предлагаемого способа много- оборотной инжекции для слабофокусирующих ускорителей и накопителей позволит повысить число захватываемых в режим ускорения (накопления) частиц в 4 - о раз по сравнению с наилучшим из известных способов 2Из решения системы уравнений бстатронных колебаний при наличии сексту- польного поля и соотношении частот бета- тронных колебаний 2 х, - ч1 получено, что максимальная глубина биений получается, когда начальная амплитуда рвииальных колебаний инжектнрусмлго пучка удовлетворяет условию:Х,= (2 ч, ) (г.) где Р - гхгпульс частиц на рав овеснойорбите;е - заряд частицы,П - длина ороиты ускорителя,Е - длина шестиполюсной магнитнойлинзы, посредством которойосуществляется связь колебаний,К - сила линзы.В качестве примера осуществленияпредлагаемого способа можно рассмотретьинжекцию электронов в накопитель, например в накопитель на энергию 100 Мэв,имеющийся на предприятии-заявителе.Мапитная структура этого накопителя состоит из четырех поворотных магнитов,разделенных прямолинейнымп промежутками, Диапазон регулировки показателяспада магнитного поля (гг = 0,2 - 0,3) позволяет осуществить предлагаемый спосоомногооборотной инжекции.Размеры вакуумной камеры 10 4 схл.Расчеты производятся для соотношения частот бетатронных колебаний 2 ч,ч,. = 0,1 идиаметра инжектируемого пучка 0,2 см, Наодин из прямолинейных промежутков нужно установить шестиполюсную магнитнуюлинзу длиной 30 см и силой К 1,15 ТлЬР, аинжекцию производить с начальными отклонениями от равновесной орбиты Л= =Хо = 2 см. При вы: олнении этих условий в накопитель будет захвачено примерно 400 оборотов. По око: ;и инжекцнн линзу необходимо отключить.Предлагаемый способ позволяет в 4 - 5 раз увеличить число захватываемых обо. ротов, что приводит к соответствующему увеличению интенсивности пучка на выходе кольцевого ускорителя, темпа накопления частиц в накопителе,Формула изобретения1. Способ многооборотной пнжекции заряженных частиц в кольцевой слабофокусирующий ускоритель от внешнего ускорителя-инжектора с последующим накоплением частиц в камере кольцевого ускорителя путем изменения параметров орбиты при помощи электрического или магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения числа частиц, захватываемых в режим ускорения, частоту радиальных бетатронных колебаний устанавливают равной удвоенной частоте вертикальных колебаний при помощи дополнительного фокусирующего поля, вводят связь между колебаниями посредством сексту- польного магнитного поля, а инжекцию пучка производят с начальными отклоне ниями от равновесной орбиты как в радиальном, так н в вертикальном направлениях,2. Способ по и. 1, отл и чающий ся 5 тем, что ампл;1 туда начальных радиальныхколебаний инжектируемых заряя;енных частиц должна удовлетворять условию е ПК 1.(2",)-Р, ч.1 ч,2, - ч.1 О где- частоты радиальных и вертикальных бетатр они ых колебаний соответственно,Р, - импульс частицы на равновесной орбите;е - заряд частицы,П - длина орбиты кольцевого ускорителя,Е - длина шестпполюсной магнитнойлинзы, посредством которойосуществляется связь колебаний,К - сила линзы.25 1 Лсточникп информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Титов В. А., Шукейло И. А. Резонансная инжекция по двум степеням свободы всинхротроне с сильной фокусировкой. 5 ЕГФ,ЗО т. 38, вып. 10, с, 1752, 1968,2, Авторское свидетельство СССРК 344609, кл. Н 05 Н 7/08, 1970 (прототип).701493 едактор . орькова п. г Текред И Иенчко Корректор И. Осиновская ил. пред. Патент ип. Ха аказ 909/682ПО Поиск Изд, Лгв 220 Тираж 856 Подписноеарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, )К, Раушская наб д, 4/5