Устройство для компрессии интенсивных кольцевых пучков релятивистских элементов

Ап"И Е ОПИСИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 130278 (21) 2579672/18-25 (51)м Кл2 с присоединением заявки МВ Н 05 Н 9/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 2506,80(0.А. Алексахин Объединенный институт ядерных исследований(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПРЕССИИ ИНТЕНСИВНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ ПУЧКОВ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВИзобретение относится к ускорительной технике, а именно к коллективному методу ускорения ионов и может быть использовано для формирования электронных колец с большой напряженностью ускоряющего ионы электрического поля,Известны различные по принципудействия устройства, служащие дляформирования плотных электронных колец,Например, известны устройства, в которых кольцо образует,".я из трубчатого электронного пучка, проходяще го через реверс продольного магнит- ного поля 1. Известны также статические адгезаторы, в которых уменьшение радиуса 20 кольца (с целью увеличения плотности электронов) происходит при движении кольца в область более сильного магнитного поля 21 и 3,).Известны адгезаторы (компрессоры),25 в которых сжатие электронного кольца осуществляется растущим во времени магнитным полем 4),Последнее устройство является наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому результату к изббретению. Этот адгезатор (компрессор) содержит тонкостенную,металлическую вакуумную камеру, служа щую для подавления радиационной неустойчивости и расположенную вне ее систему катушек импульсного магнитного поля. Это позволяет уменьшить энергетический разброс и определяемый им радиальный размер сечения кольца и соответственно увеличить напряженность электрического поля в кольце.Однако, электрические заряды, индуцируемые кольцом на близких проводящих поверхностях, дефокусируют кольцо в аксиальном (к стенкам) направлении, причем наиболее существен% на дефокусировка когерентного аксиального движения (т.е.движения кольца как целого перпендикулярно своей плоскости), ограничивающая число электронов в кольце.Целью изобретения является увеличение предельного числа электронов в сжимаемом кольце й, следовательно, напряженности ускоряющего ионы электрического поля за счет стабилизации когерентного аксиального движения.Это достигается тем, что симметрично относительно медианной плоскости камеры и соосно с электроннымкольцом расположены пары встречновключенных пассивных витков.На фиг, 1 схематично изображенопредлагаемое устройство; на фиг,2отдельная пара стабилизирующих витков.В устройство входят металлическаякамера 1, толщина стенок которойвыбирается так, чтобы камера былапрозрачна для внешнего импульсногомагнитного поля, сжимающего кольцо,катушки 2 импульсного магнитного поля, витки 3 стабилизирующей системыи соециняющие их провода 4.Стабилизирующие витки расположеныснаружи камеры, так как ее стенки,прозрачные для внешнего магнитногополя, слабо экранизируют и собственное магнитное поле кольца,Кольцо 5 релятивистских электронов, инжектированных на орбиту большого радиуса, сжимается растущимво времени импульсным магнитным полем Вр, создаваемым токами в катушках 2.Вследствие всегда имеющейсяассиметрии внешнего магнитного поля(из-за неточности установки катушек, токов Фуко, наводимых импульсным магнитным полем в несимметричных элементах металлических конструкций, и т.д,) плоскость орбиты электронов смещена относительно медианной плоскости. камеры ( = О). Заряды,индуцируемые кольцом на стенках камеры,затягиваютего на ближайшую стенкуПри числе электроновИе, большем некоторого предельногоПРФУзначения Ие сила электростатического притяжения превосходит удерживающую силу, действующую на электроны со стороны внешнего магнитногополя, и кольцо высаживается на стенку, причем Ие тем меньше, чембольше ассиметрия внешнего магнитного поля,Ограничение на число электроновимеет место и в случае симметричноговнешнего поля - равновесие кольцав медианной плоскости камеры неус,ри ЯеЯе:-дЩ (р Одаще 6=(=0 - показаР"= Ротелф спада поля на радиусе кольца.о у Кял. - классический радиусэлектрона,(1 -/) )- релятивистский фак 2 дтор,фс - коэффициент, определяемыйгеометрией камеры. Для камеры простейшей геометрии, образованной двумя проводящими бесконечными пластинами с расстоянием Ь между ними, ко("эффициент Эспри условии Г.".с )1 рае,= )(2)Так как в мягкофокусирующем магнитном поле п1,то рассматриваемый5 эффект приводит к сильному ограничению на число электронов даже принезначительной ассиметрии внешнегомагнитного поля.В предлагаемом устройстве стабили 10 зация когерентного аксиального движения кольца достигается посредством частичной компенсации электростатического притяжения смещенногокольца взаимодействием электроновкольца с магнитным полем токов, индуцируемых в пассивных витках 3 сжимающимся кольцом, симметризациивнешнего магнитного поля относительно медианной плоскости камеры засчет экранирования антисимметричнойсоставляющей поля этими же витками.Действие стабилизирующих витковпроисходит следующим образом. Присжатии кольца, смещенного относительно медианной плоскости, потокисобственного магнитного поля кольцачерез витки одной пары не одинаковы,что приводит к .появлению в контуреиндукционной ЭДС, пропорциональнойсмещению кольца. При этом магнитное30 поле наведенных токов направленотак, что его действие уменьшает смещение кольца.Аналогично, разность потоков, связанная с ассиметрией внешнего магнит 35 ного поля, возбуждает в витках токи,магнитное поле которых, согласноправилу Ленца, уменьшает антисимметрическую составляющую поля междувитками.Практически полное экранированиеантисимметричных магнитных полейимеет место при выполнении следующих условий:1) 2 Ф 6. 1,где 7 - время переходных процессов45 в системе пассивных витков,Й - частота внешнего магнитногополя (в Гц)(2) расстояние на плоскости (Г- Емежду соседними витками (относящимж 50 ся к разным икарам) существенно меньше расстояния между витками однойпары.Перечисленные условия, как показывает расчет, нетрудно выполнить.55 Тогда предельное число электроновопределяется из условия некогерентной фокусировки, кОторое при,)З (где а - радиус поперечного сеачения кольца) имеет вид где коэффициент фд связан с градиентом поля симметрйчного распределения 65 индуцированных зарядов, для камеры, 743242образованной бесконечными пластина 1ф - -ф,Таким образом, добавление стабилизирующей система витков позволаетувеличить предельное число электронов в кольце более, чем в два раза.Соответственно этому длина коллективного ускорителя, требуемая дладостижения заданной энергии ионов,вдвое меньше,Формула и зо брет ени яУстройство дла компрессии интенсивных кольцевых пучков релативистских электронов, содержащее тонкостенную металлическую вакуумную камеру и расположенную вне ее систему катушек импульсного магнитного поля, о т л и ч а ю щ е е с а тем, что, с целью увеличения предельного числа электронов в сжимаемом кольце,симметрично относительно медианнойплоскости камеры и соосно с электронным кольцом расположены парывстречно включенных пассивных витков. Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе1. Ве 1 вег М., 1 ЕЕЕ Тгапяас 11 опя,ИЯ, И 3, р, 460 1971.2. Спг 1 яСоИРов Ъ. С. 81 а 11 яСощргеяв 1 оп ой Ве 8 а 11 ч 1 вЫ 1 с ЕРесСгопВ 1 пдя. Рйуя. Веч, Ье 11 22, 16,830, 1969.3. ЬаяРе 1 Ь. У., Яевя 1 ег й.М.,Ргерг 1 пг. ОСВЬ - 1858, ЬВЬ, Бег)сеРеу,1969.4, Барабаш Л.С. и др. О коллективном ускорителе тяжелых ионов ОНМУОИЯИ. Сообщение ОИЯИ Р 9-7697, Дубна, 20 1974 (прототип)./51 Тир аж 885ЦИНИПИ Государственного кпо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рауш Подпи си омитета СССРоткрытийская наб., д, 4/5 аэ Филиал ППППатент , г; Ужгород, ул. Проектная,Составитель Е. Сидохинедъктор В.фельдман Техред О,Дюлай Корректор