Ускоряющая система линейного ускорителя

)4 Н 05 Н 9/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(56) 1.Тепляков В.А. Исследовавысокочастотной квадрупольнойсировки в линейных ускорителяхТруды 11 всесоюзного совещаниякорителям заряженных частиц. М"Наука", 1972, с. 7-11.2.Авторское свидетельство Спо заявке В 2915248,кл. Н 05 Н 9/04, 1980.(54)(57) 1. УСКОРЯКМЦАЯ СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ тяжелых ионов с пространственно-однородной квадрупольнойфокусировкой, содержащая высокочастотный резонатор с ускоряющей структурой, выполненной в виде ускорякщефокусирувцих электродов с периодически изменяющимися поперечными размерами, причем диагональные электроды соединены поперечными перемычками,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью уменьшения размеров и веса системы и повьппения степени равномерности распределения напряжения подлине структуры, высокочастотный резонатор выполнен в виде последовательно соединенных продольных отрезков резонирующей длинной линии, имеющих протяженность меньше четвертидлины волны, точки соединения кото-.рых заземлены через поперечные шлейфы. 2, Система по п.1, о т л и ч а ю - ща я с я тем, что продольные отрезки резонирующих длинных линий выполФ иены в виде двухпроводной линии, каж- . Я дый проводник которой подключен к соответствующим перемычкам, соединящцим диагонально расположенные электроды.3. Система по п.1, о т л и ч а ю - Я щ а я с я тем, что ускоряюще-фокусирующие электроды выполнены в виде продольных участков резонирующих линий. 4, Система по п.1, о т л и ч а ю -я с я тем, что шлейфы выполнены виде сосредоточенных индуктивносй с эквивалентным импедансом.Изобретение относится к областиускорительной техники, в частностик линейным ускорителям ионов,Известны ускоряющие системы спространственно-однородной квадруполькой фокусировкой, в которых электроды, ускоряющие и фокускрующие пучок ионов, запитываются с помощьюобъемных резонаторов. В качестве объемных резэнаторов, используемых для 10питания электродов с квадрупольнойсимметрией поля, были предложенычетырехкамерные резонаторы Я . Такиесистемы обладают достаточно малымиразмерами и малым весом при частотах 15ускоряющего поля не ниже 50 МГц. Вэтом диапазоне частот можно ускорятьионы с начальными скоростями не ниже= 0,005, Однако тяжелые ионы (например, ионы урана) с энергией инжек ции 100-200 кэВ, обеспечивающей достаточно вьсокую интенсивность пучка,обладают скоростями до=0,001.Ускорение таких ионов в системе спространственно-однородной квадрупольной фокусировкой возможно, есличастота ускоряющего поля не вышебИГц, Обхемные резонаторы, обеспечиваннцие квадрупольную симметриюполя между электродами, в этом диа- Зрпазоне частот оказываются весьмагромоздкими и дорогими.Наиболее близким техническим решением является ускоряющая система типа многоприводной линии с простран ственно-однородной квадрупольной фокусировкой, содержащая продольные электроды - вибраторы с периодически меняющимся по длине поперечным сечением, причем диаметрально распо- фО ложенные электроды соединены попе речными перемычками 12, Недостатком этой системы является та, что при работе на низких частотах порядка 6-12 МГц и ниже размеры системы ф 5 оказываются очень большими; напряжение между электродаии распределяется вдоль оси ускорителя неравномерно, что снижает средний темп ускорения и эффективность фокусировки. 50Целью изобретения является уменьшение размеров и веса ускоряющей системы и повышение степени равномерности распределения напряжения по длине структуры. 55Цель достигается тем, что в ускоряющей системе линейного ускорителя тяжелых ионов с пространственно-однародной квадрупольной Фокусировкой, содержащей высокочастотный резонатор с ускоряющей структурой, выполненной в виде ускоряюще-Фокусирующих электродов с периодически изменяющимися поперечными размерами и диагональными электродами, соединенными попгречкми перемычками, высокочастотный резонатор выполнен в виде последовательно соединенных продольных отрезков резонирующей длинной линии, имеющих протяженность меньше четверти длины волны, точки соединения которых заземлены через поперечные шлейФы.Продольные участки резонирующих длинных линий выполнены в виде двухпроводной линии, каждый проводник которой подключен к соответствующим перемычкам, соединяющим диагонально расположенные электроды.Ускоряюще-Фокусирующие электроды выполнены в виде продольных участков резонирующих линий.Шлейфы выполнены в виде сосредоточенных индуктивностей с эквивалентным импедансом.На фиг, 1 приведена предлагаемая ускоряющая система, в которой ускоряюще-Фокусирующие электроды запитываются ат двухпроводной опорной линии; на Фиг, 2 - двухпучковыи вариант системы, на Фиг. 3 - коаксиальная конструкция ускоряющей структуры; ка фиг, 4 - конструкция, в которой продольные участки длинной линии одновременно являются ускоряющефокусирующими электродами, создающими ускоряющее и фокусирующее поле квадрупольной конфигурации.Ускоряющая система, приведенная на Фиг. 1, содержит опорную двухпроводную линию 1, шлейфы 2, ускоряющеФокусирующие электроды 3, укрепляемые на штангах ц.1Для создания высокочастотного паля с приблизительно постоянной амплитудой напряжения между электродами двухпроводная линия 1 разбивается на продольные участки таким образом чтобы на каждом участке были использованы только частиполуволн ускоряющего напряжения.Для этого длина продольного участкадолжна быть короче Я /4, Настройкакаждого участка двухпроводной линиив резонанс производится с помощьюшлейфов 2, Подбором параметров шлей3 8909 фов продольное распределение амплитуд высокочастотного поля может быть выбрано близким к постоянному. Медные электроды 3, создающие квадрупольное поле, модулированы по поперечным размерам с периодом. Эти электроды попарно соединены кольцевыми перемычками и укреплены на двухпроводной линии с помощью штанг 4.Работа системы осуществляется О следующим образом.При возбуждении опорной двухпроводной линии 1 на ней создается благодаря настроенным шлейфам 2 высокочастотное напряжение, почти 15 не . зависящее от продольной координаты, сколько бы волн не уложилось на всей длине опорной линии. С помощью штанг 4 это напряжение подается на четырехпроводную Ю систему электродов, создающих в пространстве взаимодействия с пучком квадрупольное поле. Модуляция. электродов по поперечным размерам обеспечивает образование, помимо попереч ного фокусирующего поля, также и продольного поля, используемого для ускорения и автофазировки ионов. Ускоряющая система совместно с питающей линией должна быть помещена в вакуум-ЗО ный кожух.В ряде случаев, например для увеличения вдвое тока пучка, можно параллельно ускорить второй пучок с помощью второй, соединенной с той же питающей линией, ускоряющей системы (см. Фиг. 2) . Если ионный источник дает пучок с малым током,или если условия по плотности пространственного заряда не позволяют ускорить весь необходимый пучок одновременно то в одном вакуумном кожухе можно поместить четыре или более систем квадру" польных электродов, запитав их от единой опорной линии. 45Кроме двухпроводной линии типа Лахера, в качестве резонансных эле 57 4ментов может быть использована коаксиальная линия (см. Фиг. 3), содержащая внешний проводник 5 коаксиальной питающей линии, внутренний проводник 6 коаксиала, система 3 ускоряюще-фокусирующих электродов, шлейфы 2,Конструкции, в которых резонансные элементы и ускоряющая структураразделены, могут быть выгодны тем,что позволяют раздельно оптимизировать параметры системы высокочастотного питания и параметры системыускоряющих - Фокусирующих электродов,В этих конструкциях упрощается такжеобеспечивание механической поперечной жесткости ускоряющей структуры,электроды которой имеют сложный проФиль и прецизионные допуски, передавфункцию обесгечения жесткости питающей и одновременно механическойопорной линии. Однако использованиеопорной питающей линии не всегдаоправдано. Более простой являетсяконструкция, где в качестве участковдлинной линии с приблизительно равно"мерным распределением амплитуд высокочастотного напряжения используютсясами модулированные электроды, создающие квадрупольное поле. В этом случае попарно соединенные электродынепосредственно нагружаются шпейфамидля настройки линии на заданную частоту (см. Фиг. 4). Работа системы,представленной на Фиг. 4, аналогичнаописанной выше работе системы сопорной линией.Шлейфы, обеспечивающие резонанс"ную настройку отрезков длинной линии,имеют положительный входной импеданс. При низких частотах ускоряющего поля, когда длина линейных шлейфов может оказаться слишком большой,последние могут быть заменены сосредоточенными индуктивностями с эквивалентными линейными шлейфами импедансами.,Ужгород, ул.Проектная,4 Пате аказ 5764/2 Тирак 794 ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/