Генератор синхротронного излучения непрерывного действия

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оее 867279 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53 УДК 621. 384. .6 (088. 8) Опубликовано 230182, Бюллетень М 3 Дата опубликования описания 30. 12. 82 В.С. Панасюк и Б.И. Степанов Ге е Б(54) ГЕНЕРАТОР СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯНЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ 1Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для прикладных, научно-исследовательских и метрологических целейв случаях, когда требуется синхротронное излучение в диапазоне длинволн до десятков нанометров.Известен генератор синхротронногоизлучения непрерывного действия, со,держащий кольцевой синхротрон и устройство для инжекции предварительно.ускоренныхчастиц на кольцевую орбиту 1В известном устройстве осуществляется предварительное ускорение частиц с последующей их инжекцией накольцевую орбиту, где далее протекает процесс циклического излучения,непрерывно сопровождающийся генерацией синхротронного излучения.Недостатком известного устройства являются его большие габариты,связанные с необходимостью предварительного ускорения в отдельном устРойстве,Наиболее близким к предлагаемомуявляется генератор синхротронногоизлучения непрерывного действия, содержащий источник ВЧ-мощности, подключенный к резонатору, охватывающему орбиты ускоряемых электронов, атакже охватывающий орбиты электроновпостоянный осесимметричный электромагнит с медианной плоскостью, внутри которого расположена вакуумнаякамера из проводящего материала 12 3.В известном устройстве предварительное ускорение электронов осуществляется в микротроне, после чегопучок выводится на кольцевую орбиту,где и осуществляется процесс циклического ускорени:, сопровождающийсянепрерывной генерацией синхротронного излучения,15 Недостаткомизвестного устройстваявляются его большие габариты, что.связано с необходимостью предварительного ускорения частиц в отдельномустройстве, Даже при уменьшении абсолютных размеров устройства указанные конструктивные особенности непозволяют снизить его габариты в до:статочной степени.Цель изобретения - уменьшить габариты устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в генераторе синхротронногоизлучения непрерывного действия, со"щему орбиты ускоряемых элентронов,а также постоянный осесимметричныйэлектромагнит с медианной плоскостью,внутри которого расположена вакуумная камера из проводящего материала,внутри вакуумной камеры расположеносесимметричный импульсный электромагнит с медианной плоскостью, причем его ось и медианная плоскостьсовмещены с осью и медианной плоскостью постоянного электромагнита, толщина стенок вакуумной камеры превосходит толщину ский-слоя возбуждаемого импульсным электромагнитомполя, часть вакуумной камеры совмещена с резонатором, внутри которогорасположен источник электронов, аобмотки импульсного и постоянногоэлектромагнитов подключены к индивидуальным источникам питания навстречу друг другу.На Фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг, 2 - зависимость ведущего магнитного поля В от времени 1; на фиг. 3 - зависимость напрящения Е ВЧ-генератора от времени 1; на фиг.ю 4 - зависимость импульса тока, источника 3 от времениГенератор синхротронного излучения непрерывного действия содержитпостоянный электрома=нит 1 ведущегомагнитного поля с мягкой фокусировкой, безжелезный электромагнит 2импульсного ведущего магнитного поля, СВЧ-генератор 3, резонатор 4,являющийся частью СВЧ-тракта .5, вакуумную камеру б, источник 7 частиц,диафрагму 8 для согласования связирезонатора с СВЧ-трактом, вакуумноплотный изолятор 9, прозрачный дляСВЧ-радиоволн, патрубок 10 откачного насоса, патрубок 11 со стекламидля вывода синхротронного излучения,кабели 12 для подключения электромагнита 2 импульсного ведущего магнитного поля к разряднику и конденсаторной батарее (на фиг. не показаны ,вывод 13 обмотки электромагнита 2,коаксиальный с резонатором цилиндр14 для создания малоиндуктивногоподвода к выводам 13 другой конецобмотки электромагнита 2 соединеннепосредственно со стенкой резонатора 4). Релятивистская орбита пучка15 расположена внутри резонатора 4. . Электромагнит 2 импульсного ведущего магнитного поля размещен внутриускорительной конфигурации магнитного поля постоянного электромагнита 1, медианные плоскости А-А импульсного 2 и постоянного 1 электромагнитов совмещены, при этом электромагнит 2 импульсного ведущего магнитного поля расположен внутри вакуумной камеры б. Камера б выполненаметаллической, Часть полости камерыб совмещена с плоскостью резонатора 4.60 б 5 синхротронного иЗлучения мал. Поэтому такой генератор, как и всякий накопитель, может дать значительно меньшую систематическую ошибку при использовании его для метрологических целей. Устройство работает следующим образом.В вакуумной камере б создаетсяразрежение, величина которого определяется необходимым временем жизни,пучка, Ведущее магнитное поле, создаваемое.постоянным электромагнитом1, поднимается до значения В(фиг.2),соответствующего энергии электронов,необходимой для времени жизни пучкапри дальнейшем доускорении в процес- О се медленного подъема поля постоян-,ного магнита. Электромагнит 2 импульсного ведущего магнитного поля кабелями 12 подключен к конденсаторнойбатарее через разрядник. При сраба тывании разрядника возбуждается импульсное магнитное поле и происходитзатухающий колебательный процесстока в электромагните 2. Амплитудаимпульсного магнитного поля подбира ется таким образом, чтобы на уровнеВо магнитное поле соответствовалоциклотронному резонансу. В этот момент включаются СВЧ-генератор 3 иисточник 7 частиц фиг. 3,4), и происходит известный процесс циклического ускорения частиц на возрастающем участке магнитного поля в скрещенных импульсом ведущем и постоянномвысокочастотном ускоряющем типа Нщполях. Длительность импульса СВЧ Зо должна соответствовать времени затухания процесса в контуре импульсногоэлектромагнита 2. После этого напряжение СВЧ может быть резко сниженодо предела, практически необходимогодля компенсации потерь на синхротронное излучение и доускорение до предельной энергии, которое должно бытьсделано с помощью медленного подъемаполя постоянного электромагнита 1, но 40 за время, меньшее времени жизни пучка при энергии инжекции. Следует отметить, что импульсное магнитное поле, период которого определяетсяприблизительно десятком микросекунд, 45 имеет малый скин-слой и не может .выйти за пределы металлических стенок разонатора-камеры, нанеся вредпостоянному электромагниту, особенно, если он криогенный. Криогенныеэлектромагниты легко позволяют получить индукцию магнитного поля равную10 Тл и более, поэтому максимальнаяэнергия пучка при длине волн СВЧ,равной 10 см, может быть соответственно 50 МэВ и более.55Поскольку синхротррнное излучениеспособствует затуханию. бетатронных колебаний частиц, в данном устройстве размер поперечного сечения пучка в силу длительноговоздействия867279 Таким образом, в предлагаемом генераторе синхротронного излучения непрерывного действия обеспечивается инжекция высокоэнергетического пучка в ускорительную конфигурацию магнитного поля постоянного электромагни та на релятивистскую орбиту беэ специальных устройств инфлектора частиц, канала для транспортировки пучка и сложного генератора высокочастотного напряжения переменной частоты, что 0 существенно упрощает конструкцию генератора. Устройство имеет значительно меньшие габариты по сравнению с прототипом, включающие пространственно разнесенные ускорительный и 15 доускоряюще-накопительный узлы. 6целью уменьшения габаритов устройст- ва, внутри вакуумной камеры расположен осесимметричный импульсный электромагнит с медианной плоскостью, причем его ось и медианная плоскость совмещены с осью и медианной плоскостью постоянного электромагнита, толщина стенок вакуумной камеры превосходит толщину скин-слои возбуждаемого импульсным электромагнитом поля, часть вакуумной камеры совмещена с резонатором, внутри которого расположен источник электронов, а об" мотки импульсного и постоянного электромагнитов подключены к индивидуальным источникам питания навстречу друг другу.Формула изобретения Генератор синхротронного излучения непрерывного действия, содержащий источник ВЧ-мощности, подключенный к резонатору, охватывающему орбиты ускоряемых электронов, а также постоянный.осесимметричный электромагнит с медианной плоскостью, внутри которого расположена вакуумная камера из проводящего материала, .о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с1 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе2 О 1. Ускорители. Под ред. Б.Н.-Яблокова, М Лтомиэдат, 1962,с. 221-230.2. Капица.С.П., Луганский Л.Б.,Зыкин Л.М. Проект электронного нако 2 пителя на энергию 1 ГЭВ для получения магнито-тормозного излучения.Труды третьего Всесоюзного совещанияпо ускорителям заряженных частиц.Том 1, М., Наука, 1973 г.,стр. 82-84 (прототип).Федакт Подписи акаэ 10792 4/ илиал ППП "Патент", г. Уягород, ул, Проектная,ТИПИ Госудпо делам035, Моск ая 8 б 2ственного комитета СССобретений и открытийЖ, Раушская наб.