Коллективный ускоритель электронно-ионных колец

) Заявитель О ядерных иссне 4) КОЛЛЕКТ УСКОРИТЕЛЬЛЕЦ ЛЕКТРОННО-ИОННЬ ет ускорения го н лект о ржащее градиент- внутри него ьны рон.радиа о 1Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к коллективному методу ускорения, и предназначено для получения интенсивных (104 - 10 ф ионов/с) пучков ио-;4 нов любых элементов, ускоренных до энергии порядка 10 МэВ/нуклон.Известно устройство, соденый соленоид и расположенную импульсную линию 1.В известном устройстве осуществляется ввод электронного кольца в градиентный ю. ленонд со стороны его большего радиального размера а в импульсной .линии возбуждается волна тока и сопутствующая ей волна магнит. ного поля, удаляющая электронное кольцо, в осевом направлении от места ввода.При этом кольцо перемещения в область нарастающего магнитного поля, увеличивая энергию своего азимутального движения.Использование известного устройства для коллективного ускорения ионов в электронном кольце обладает тем недостатком, что в устройстве не предусмотрено многократное ис. пользование одного электронного кольца для периодич о ионов, что снисреднюю сивность ускоренного ионн. пучка.Наиболее близким техническим решалиявляется коллекторный ускоритель электно.-ионных колец, содержащий генераторрониых колец, на выходе которого рясноградиентный соленоид с переменным радиразмером, соединенный с генератором эл1 Оных колец со стороны своего меньшегольного размера, и устройство возврата злровного кольца к генератору электронныколец 2. В известном коллективном ускорителе устройство возврата выполнено в виде обьемного резонатора, собственная частота колебаний которого должна совпадать с частотой продольных колебаний кольца в градиентном соленоиде. Это, в свою очередь, накладывает ограничение на суммарную массу ионов, ускоряемых в кольце, которая должна быть мала по сравнению с суммарной массой электронов вкольце. Таким образом ограничивается как кратность,865112так и эффективность использования каждогоэлектронного кольца.Недостатком известного устройства являетсянизкая интенсивность пучка ускоренных ионов,обусловленная перечисленными выше ограниче.ниямн;Целью изобретения является повышениеинтенсивности пучка ускоренных ионов путемувеличения кратности и эффективности исполь.зования каждого электронного кольца,0Поставленная цель достигается тем, что вколлективном ускорителе электронно-ионныхколец, содержащем генератор электронных колец, на выходе которого расположен градиент.Цый соленоид с переменным радиальным раз. 15мерам, соединенный с генератором электронных колец со стороны своего меньшего ради.ального размера, и устройство возврата электронного кольца к генератору электронных ко.лец, устройство возврата электронного кольца э 0к генератору электронных колец. выполненов виде импульсной линии, подобной, градиентному соленоиду формы, сйабженной импульсной системой питания, устройство запуска которой синхронизировано по датчику остановки э 5электронного кольца с противоположного гене.ратору электронных колец конца градиентногосоленоида. Е 1 а фиг. 1.приведена общая схема устрой ЗО ства; на фиг. 2 - эквивалентная схема импульсной линии; на фиг, 3 - распределение статического магнитного поля В вдоль продольной от устройства Е (сплошная линия) и бегущей волны импульсного магнитного поля (пунктирная линия), а также координаты начального положения электронного кольца Е ,. и амплитуды колебаний кольца Е- Е,ст в зоне остановки,Устройство содержит генератор 1 электрон 40 ных колец, включающий инжектор электроновелинейный индукционный ускоритель 2 и адгеэатор 3, градиейтный соленоид 4, катушку 5, и витки импульсной линии 6, охватывающие траекторию электронного кольца 7; синхрони зирующий виток 8, конденсаторы 9, емкость. .которых существенно превосходит собственную емкость витков 6, генератор 10 токового импульса и согласованную нагрузку 11.. Работает устройство слецующим образом.Кольцо релятивистских электронов, сфор 50 мированное в генераторе 1 электронных колец, загружается ионами и ускоряется в с 1 гадающем магнитном поле В, При попадании коль; ца в обпасть быстро нарастающего вдоль оси Е магнитного поля, создаваемого катушкой 55 5, происходит сепарация ионной и электронной компонент кольца, электроны отражаются от потенциального барьера и совершают колебания 4с малой.;амплитудой, так как значительнаячасть ихэнергии была передана ионам,Колебания электронного кольца гасятсяза счет омических потерь в экранах и замедляющей системе, а также вследствие утяжеле.ния кольца при загрузке новой порции ионов.После остановки кольца от генератора 10запитывается замедляющая система, принци.пиальная схема которой показана на фиг. 2.Распространяющийся по линии токовый импульссоздает движущуюся "горку" магнитного поля,которая возвращает электронно-ионное кольцо в исходное положение Е = 2,. Индукци.онная ЭДС, создаваемая движущимся токовымимпульсом, увеличивает энергию электронов,полностью компенсируя затраты на ускорениеионов, Малая скорость распространения импуль.са в линии позволяет достичь значительной заряд.ности ионов (обдиркой электронным ударом)за время возвращения кольца в исходное положение, а также упрощает перехват кольца сиихронизирующим стартовым витком 8, служа.щим для синхронизации момента старта элект.ронно - ионного кольца и удержания кольца вточке Е = Е в течение времени, необходимогодля достижения требуемой зарядности ионов.Число колебаний электронного кольца ограничивается, в основном, двумя факторами -увеличением малых размеров электронногокольца за счет многократного рассеяния элек.тронов в кулоновском поле ядер, приводящимк уменьшению электрического поля, удерживаю.щего ионы в кольце, и потерей энергии электро.нов на синхротронное излучение,Медленное изменение фактора загрузки отодного цикла ускорения к другому, связанноес уменьшением энергии электронов и изменением объема кольца вследствие синхротронногоизлучения и многократного рассеяния, приво.дит к непостоянству энергии ускоренных ионов.При необходимости энергия ионов может бытьзастабилизироваиа изменением давления в им-пульсной струе, из которой происходит захват,ионов в кольцо, или медленным изменениеммагнитного поля и его градиента за счет релак.сации токов в дополнительных витках,Наличие системы синхронизации, периодически срабатывающей при каждом цикле ускорения в одном и том же кольце, а также возможность обеспечить значительную загрузкукольца позволяет устранить недостатки иповысить среднюю интенсивность ускоренияпучка ионов,Ф о р м у л а и. з о б р е т е н и яКоллективный ускоритель электронно - иои. ных колец, содержащий генератор электроннъв5 86511колец, на выходе которого расположен гради.ентный соленоид с переменным радиальнымраэмером, соединенный с генератором электрон.ных колец со стороны своего меньшего радиаль.ного размера, и устройство возврата электрон.ного кольца к генератору электронных колец,о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с цельюповышения интенсивности пучка ускоренныхионов путем увеличения кратности и эффек.тивности использования каждого электронного 1 Окольца, устройство воэврата электронного коль.ца к генератору электронных колец выполнено в 2 Ьвиде импульсной линии, подобной градиентномусоленоиду формы, снабженной импульсной системой питания, устройство эапуска которой синхроннэовано по датчику остановки электронного кольца с противоположного генератору электронных "колец конца градиентного соленоида.Источники информации,принятые во внимание при экспертнэе1, Авторское свидетельство СССР по заявкеИ 2628501/18 25 Н 05 Н 5/00 0407782. Иовнович М. Л. Препринт ОИЯИ Р 9-11686,/8 Тираж 862ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5