Устройство для вывода пучка заряженных частиц

Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 30,07.80по делам изобретений ллетень Ме 28 ани я 30.07.80(45) Да открытн ликовани Авторыизобретения Н. Довбня, В. Д. Ткаченко и А. Е. Тол 71) Заявитель(54) УСТРОЙСТВО Д ВЫВОДА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХАСТИЦ ооласти уско ыть пспользо (енных части такого распределения(оторое в максимальнолось бы к функции рактромагнита. В моменоле эле(тромагпптао компенсируется поло направления пмпуластпцы проходят в ин поля вдоль й степени пределения т инжекции практически м противоьсного магфлектор намагнитаканала,при блпжаполя элед пучка пполностыположногикопптеля. но ва. шь гий пана ра- тво зам Изобретение относится крительной техники и может бвано для развода пучка заряд Ц в линейных ускорителях,Известно устрокство для вывода и разводки пучка из ускорителя по нескольким каналам, которое включает в себя несколько импульсных магнитов, расположенных последовательно на пути пучка, или комбинацию из пространственно разнесенных импульсных магнитов и магнитов с постоянным во времени полем 1. Но это устройство не может быть использовано в ряде случаев, например, когда требуется компактность установки. К тому же, при больших частотах посылок ускорителя экономически нецелесообразно использовать импульсные магниты, От этого недостатка свободны устройства, в которых магниты импульсные располагаются внутри магнитов с постоянным полем.Наиболее близким к данному изобретению техническим решением является устройство для вывода пучка заряженных частиц, содержащее одновитковый импульсный магнит коаксиальной конструкции с двумя окнами для впуска и выпуска частиц, размещенный внутри электромагнита 2. Путем профилирования центрального проводника добиваются внутри импульсного Недостаток этого устройства заключае в ограниченности выполняемых функцп именно, оосспечпвая транспортировку ка в область инфлектора накопителя,15 не может осуществлять разводки пучка несколько каналов, по крайней мере на Кроме того, прототип может работать л в узком динамическом диапазоне энер частиц пучка, поскольку в большом ди 20 зоне нелинейные эффекты из-за разной магнпченности сильно искажают топо фпю поля электромагнита, Устройс сложно в изготовлении. В ускорительной технике возникает 2 ч дача параллельного обеспечения пуч нескольких потребителей. В частности,мпогосекцпонных линейных ускорите электронов при параллельной работе по бптелей требуется формировать пучки 30 стиц разных энергий, направляемых вные каналы, с резко отличающимися частотами посылок.Поскольку каналы на промежуточныеэнергии в этом случае располагаются между ускоряющими секциями, то непременным 5требованием для этих систем разводкипучка является их компактность.Целью изобретения является упрощениеконструкции устройства для вывода пучказаряженных частиц, обеспечивающего разводку пучка по двум каналам с разной частотой посылок в широком диапазоне поЭНЕРГПЯМ,Поставленная цель достигается теч 1, чтов устройстве для вывода пучка заряженных 15частиц, содержащем электромагнит постоянного тока и импульсный одновитковьшмагнит, расположепнь 1 и между полюсамиэлектромагнита, и имеющем окна для впуска и выпуска частиц, импульсный магнит 20выполнен в виде цельнометаллической рамки-петли, имеющей форму прямоугольнойтрапеции с тремя окнами, расположеннымисоответственно в боковых сторонах и большом основании трапеции, и снабжен механпзмами для его псремецения вдоль ипоперек направления пучка, а плоскость окна для выпуска частиц в прямой канал составляет угол а с основанием трапеции,удовлетворяющий выражению; 300 Ес 1 а:Нгде 6 - усредненный поперечный градиентЧагн 1 Г пОГО ПОЛ 51 импульсноГО маГ нита, обусловленный наличием бокового окна;1 - продольный размер этого окна;Н - усредненная напряженность поляв импульсном магните. 40На фиг. 1 схематично показано предложенное устройство; на фиг. 2 - рассчитанный на ЗВМ эмиттанс пучка в разных сечениях устройства в режиме компенсации для конкретного привера исполнения; на 45 фиг, 3 - отклонение пучка от оси ускорителя в зависимости от продольного перемещения импульсного магнита для конкретного примера исполнения, при условии, что угол между осью прямого канала и напраз лением пучка равен нулю.Устройство (фиг. 1) содержит вакуумную камеру 1, расположенную между полюсами электромагнита 2, размещенный внутри камеры 1 импульсный одновитковый магнит 3 55 в виде цельнометаллической рамки-петли, подключенной к источнику тока, имеющей форму прямоугольной трапеции с тремя окнами, расположенными соответственно в боковых сторонах и большом основании тра пеции, для впуска и выпуска частиц в прямой, сохраняющий первоначальное направление пучка, и боковой каналы, входное окно 4, окно 5 бокового канала, окно 6 прямого канала, Устройство снабжено механизмами для перемещения импульсного магнита вдоль и поперек направления пучка: механизмом 7, служащим для перемещения как целое камеры 1 с импульсным магнитом 3 вдоль направления пучка ускорителя (для конкретного примера исполнения данный механизм представляет две сильфонные развязки с направляющими шпильками между фланцами вакуумного тракта ускорителя и камерой 1), механизмом 8 для перемещения импульсного магнита по нормали к пучку, состоящим в конкретном примере исполнения из коакспального ввода с сильфонной развязкой и керамического изолятора с фланцем, Сплошной линией на фиг. 1 обозначена траектория центра пучка в прямом канале, пунктирной линией - траектория центра пучка в боковом канале, стрелками показаны направления движения частиц в устройстве. Длина 1 бокового окна выбирается из соотношения:1= й - +Ы,Егде Й - дисперсия электромагнита;ЬЕ-- энергетический разброс пучкаЕв %;д - величина хода механизма дляперемещения импульсного магнита вдоль направления пучка.Плоскость окна б для выпуска частиц в прямой канал составляет угол а с осью ускорителя и определяется из соотношения:6 1с 1 д а:НТакое устройство для разводки пучка по каналам работает следующим образом.Пучок заряженных частиц поступает на вход камеры 1, проходит через входное окно 4 импульсного магнита 3 и отклоняется полем электромагнита 2 через окно 5 импульсного магнита в боковой канал.При подаче тока в импульсный магнит в нем создается поле, направленное противоположно полю постоянного магнита, чем достигается условие компенсации и пучок через окно б проходит в прямой канал, где, например, захватывается ВЧ-полем ускоряющей секции и доускоряется до требуемой энергии, Для точного совмещения траектории пучка с направлением оси прямого канала необходимо выполнить условия: угол между траекторией центра пучка и осью прямого канала должен быть равным нулю на выходе устройства; отклонение центра пучка от оси канала равно нулю на выходе устройства, Величина тока питания в импульсном магните выбирается такой, чтобы интеграл от результирующего поля по траектории центра пучка в устройстве был равным нулю, в этом случае в прямом канале сохраняется первоначальное направ 752827ление пучка. Поскольку результирующее поле представляет сложную функцию продольной и поперечной координаты, разную при разных энергиях пучка, то нулевое отклонение центра пучка от оси канала на выходе устройства может быть лишь при определенном расположении импульсного магнита относительно поля электромагнита, Для совмещения центра пучка во всем энергетическом диапазоне с осью прямого канала служат механизмы 7 и 8 для перемещения импульсного магнита.На фиг, 3 показано отклонение центра пучка от оси канала в зависимости от перемещения импульсного магнита вдоль продольной координаты.Настройка при заданной энергии пучка производится так, чтобы обеспечить нулевое отклонение центра пучка на выходе устройства от оси канала,На фиг. 2 показано преобразование фазового объема пучка в разных сечениях для конкретного примера исполнения, где а - начальный эмиттанс пучка, б - эмиттанс пучка на входе в импульсный магнит, в - эмиттанс пучка в начале бокового окна, г - эмиттанс пучка в конце бокового окна, д - эмиттанс пучка на выходе импульсного магнита, е - эмиттанс пучка на выходе устройства. Дефокусировка пучка, сечение г, полностью устраняется правильным выбором угла а (сечение д, е).Достоинства данного устройства заключаются в простой технологии изготовления. Кроме того, для облегчения юстировки и обеспечения устойчивости магнита в условиях импульсной работы, в рамку по краям могут быть запрессованы, например, керамические изоляторы, позволяющие осуществигь надежную центровку петли по отношению к апертуре вакуумной камеры с точностью +0,1 мм,Таким образом, предлагаемое устройство, обладая сравнительно простой конструкцией, позволяет одновременно обеспечивать пучком два канала потребителей и согласовывать эмиттанс пучка с аксептансом этих каналов в широком энергетическом диапазоне с разными частотами посылок, 5Формула изобретенияУстройство для вывода пучка заряженных частиц, содержащее электромагнит по стоянного тока и импульсный одновитковыймагнит, расположенный между полюсами электромагнита, имеющий окна для впуска и выпуска ускоренных частиц, о т л и ч а юще еся тем, что, с целью упрощения кон струкции, импульсный магнит выполнен ввиде цельнометаллической рамки-петли, имеющей форму прямоугольной трапеции с тремя окнами, расположенными соответственно в боковых сторонах и большом осно вании трапеции, снабжен механизмом дляперемещения его вдоль и поперек направления пучка, а плоскость окна для выпуска частиц в прямой канал составляет с основанием трапеции угол а, удовлетворяющий 25 выражению6 1сна:Огде 6 - усредненный градиент магнитного ЗО поля импульсного магнита, обусловленный наличием окна для выпуска частиц, расположенного в большом основании трапеции;1 - продольный размер этого окна;35 Н - усредненная напряженность поляв импульсном магните.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Козодаев А. И. и др. Система импульс ной коммутации пучка . линейного ускорителя. Препринт ИТЭФ, 1976.2. Миронов Е. С. и др. Компенсирующаясистема для ввода частиц в постоянное магнитное поле накопительной дорожки.45 ПТЭ, 1968, М 5, с. 23 (прототип).ипография, пр. Сапунова аказ 1459/7 Изд,403 Тираж 889НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изоб113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Подписное ений и открытий