Способ коллективного ускорения ионов

(51)5 Н Е ИЗОБРЕТЕНИЯ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АвГ ведушео т л с цел вного у щенные в ное поле тем, что коллекти с е и, т. ейн Э.А,ов электротомиздат,п,1, от что, вп оряющего С мя, меньшее го колебаня ускорякольцевыеами и помея эл тени ехни онные кол яющим полем н э женные ион на евые сгуст тельнозовано остоянное магпомещенные в ведущее инитное полеЭлектрическое поле воздействует ина электронные сгустки и на ионы, чтов значительной мере ограничивает возможности в темпе ускорения рассматриваемого способа, так как при этом ускоряющее поле, одновременно воздействуя и на электронные сгустки, сфор,мированные в виде кольца, и наионы, стремится также разорвать сгусток, что и ограничивает темп укорения частиц,энерги ысок сТаким образом, недостатком изветного способа является недостаточо высокий темп коллективного ускоения ионов. ективноготвия усГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Плютто А.А. Журнал этальной и теоретической фс, 159, 1960,Саранцев В,П., ПерельшКоллективное ускорение иомагнитными кольцами, М.: А1979, с. 7-10.(54) (57) 1. СПОСОБ КОЛЛЕКТИНИЯ ИОНОВ путем воздействющим полем на электронныесгустки, нагруженные ион тносится к ускории может быть испбльботке ускорителей нс большой интенсивностью,Известен способ коллективного ускорения ионов, включающий создание линейного электронного пучка и про- пускание его через плазму.Недостатками известного способа являются невозможность обеспечить большой, поток ускоренных ионов вслед ствие неустойчивости электронного пучка, а также недостаточный тейп ускорения, ограниченный малыми силами взаимодействия ионов с электронаИзвестен также способ ко орения ионов путем возде тронные кольцевы ные ионами, инже и после инжекции бегущей типа Низовую скорость к скорости света,2. Способ по ю щ и й с я тем корения фазу уск изменяют за вре радиально-фазово тронов сгустка. постоянное магнит- и ч а и щ и й с я ю увеличения темпа корения ионов, элеке сгустки, нагруженктируют в волновод, воздействуют на них волной СВЧ-поля, фаоторой замедляют отЦелью изобретения является увеличение темпа коллективного ускоренияионов,Поставленная цель достигается тем,что электронные кольцевые сгустки,нагруженные ионами, инжектируют иволновод и после инжекции воздействуют на них бегущей типа Н -волнойиСВЧ-поля, фазовую скорость которой 10замедляют до скорости света.На фиг, 1 дано сечение вдоль осиускорителя; на фиг. 2 - поперечноесечение, где 1 - соленоид для возбуждения ведущего магнитного поля, 2 - 15поперечное сечение электронного коль.цевого сгустка; 3 - вакуумированныйволновод 3, диэлектрик - 4. Частичнозаполняющий волновод - электричесэкая компонента Е СВЧ-поля Н -волны 20Э Лвектор . В индукции. верущего магнитного поля - скорость Ч азимутальрогодвижения электронов - скорость У осевого движения электронов,Согласно данному способу ускорение осуществляют следующим образом.В формирующем устройстве, например,типа адгезатора, формируют сильнорелятивистские электронные кольцевые сгустки, нагруженные ионами. Ввакуумированном волноводе 3 возбуждают с помощью соленоида 1 ведущеемагнитное поле, направление вектораиндукции Бкоторого показано на фигу-.рах, В волновод инжектируют сформированные электронные кольцевые сгустки. Включают источник ускоряющегоСВЧ-поля Н -волны вектор электричесЛ -2.экой составляющей Е которого показанна фигурах. Фазовую скорость бегущей40волны замедляют до скорости распространения электромагнитной волны в свободном пространстве (до скорости све-.та в вакууме), например, с помощьючастичного заполнения волновода 3 ди 45электриком 4. В этот момент происходит известный процесс захвата электронов кольцевых сгустков в режим радиально-фазовых колебаний,создаваемыйбегущей волной СВЧ-поля Н-волны.При этом происходит поглощение электронами мощности СВЧ-волны, необходимое для компенсации потери их энергии на синхротронное излучение. Засчет этого поглощения возникает силадавления СВЧ-волны на электронный сгу 55сток, приводящая к ускорению сгустка вдоль оси волновода. Ионы же всилу своей инерционности не подверга- . ются воздействию СВЧ-поля, что исключает эффект разрыва кольцаот действия электрического поля, свойственный прототипу и позволяет увеличить темп ускорения частиц. Следует заметить, что влияние синхротронного излучения важно в начальный период ускорения. Если бы синхротронное излучение отсутствовало, то в начальный период ускорения, когда скорость движения кольца мала по сравнению со скоростью распространения волны в свободном пространстве, равновесная фаза электронов при азимутальном движении в постоянном магнитном поле быпа бы равна нулю, При наличии же излучения при сколь угодно малой начальной скорости электронного кольца по направлению распространения волны равновесная фаза азимутального движения электронов установится равной потере энергии на синхротронное излучение за оборот в азимутальном движении и темп ускорения кольца электронов далее будет определяться величиной этой равновесной фазы. Частота электромагнитного поля бегущей СВЧ-волны, действующая на азимутальное движение электронов в системе центра инерции электронного кольца, определяется по формуле эффекта Допплера1-ЯСеУ1-Ч/Сгде- частота бегущей волны в лабораторной системе отсчета;- частота в системе отсчетацентра инерции кольца;Ч - скорость движения кольца внаправлении распространенияволны;С - скорость света.1Например, для скорости Ч= 3С2Так как радиус орбиты релятивистских электронов в кольце к,при инжекции определяется выражением к=2 Я,= в -о , то конечный радиус (при Ч=СС= -) приблизительно в полтора раза3более начального. Во столько же раз увеличивается и конечная энергия азимутального движения кольца, что увеличивает Равновесную фазу от увеличения синхротронного излучения и, следовательно, темп ускорения по сравне5 91нию с начальным. В отличие от случаяавторезонансного ускорения, где допплеровское уменьшение частоты, действующеи на частицу, создает резонанс с ее собственной частотой,уменьшающейся вследствие релятивистского увеличения массы, здесь (длясильно релятивистских частиц) этоявление не имеет принципиального значения для механизма ускорения, таккак для сильно релятивистских частицрезонанс между электрическим полеми частотой вращения частицы соблюдается автоматически при нх азимутальном движении, Допплеровское уменьшение частоты влияет лишь на конечнуюэнергию кольца электронов, посколькуконечный радиус кольца ограничен размером реального волновода,При имеющихся технических воэможностях получение необходимой равновесной фазы для большого темпа уско- .рения кольца с помощью синхронногоизлучения затруднено. Для получениятакой равновесной. фазы необходим какой-либо искусственный прием, чтобы.задать начальную равновесную фазуазимутального движения электроновзначительно большей, чем та, которая 76726задается естественными условиями -синхронным, излучением, и тем самымповысить темп ускорения центра иверции кольца по направлению распространения бегущей волны, Таким приемомможет быть быстрое изменение фазыускоряющего СВЧ-поля в диапазонефй10 20- - за время, меньшее периода радиально-фазового колебания электронов:сгустка. /При этом на неподвижное в продольном направлении электронноекольцоначнет действовать соответствующаясила давления бегущей электромагнитной волны. Этот прием мозно осуществить также или быстрым изменением частоты волны, или ее поляризацией.20ФОбеспечение большего темпа уско"ремня по сравнению с прототипом обусловлено тем, что электрическое полеволны типа Нц резонансным образом 25 взаимодействуя с электронами в кольце, не оказывает резонансного влияния на ионы непосредственно, тем самым исключается продольная поляризация электронно-ионного образования, 30 которая имела место в прототипе.97672 г.2 хред И,Дидык Корректор Л.Патай едактор О.филипп Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 3435ВНИИ 11 И Государственного113035,Тираж 457 омитета п осква, ЖПодписноезобретениям иоткрытиям при ГКНТ СССР Раушская наб., д, 4/5