ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 1998 года по МПК H05H9/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для ускорения как легких, так и тяжелых частиц до релятивистских энергий, а также при создании ядерных реакторов, в основу работы которых положено взаимодействие встречных пучков частиц.

Известные линейные ускорители заряженных частиц [1 3] содержат источник заряженных частиц, по крайней мере одну ускоряющую секцию, соединенную с ВЧ-генератором.

Линейный ускоритель заряженных частиц [1] содержит СВЧ-генератор, СВЧ-тракт, входной трансформатор типа волны, ускоряющую секцию на бегущей волне, за которой установлена ускоряющая секция на стоячей волне.

Линейный резонансный ускоритель электронов [2] содержит источник электронов, по крайней мере одну ускоряющую секцию, соединенную с ВЧ-генератором, за которой расположено устройство для выпуска частиц.

К недостаткам линейных ускорителей типа [1 3] относятся сложность и высокая стоимость высокочастотной системы, трудность фокусировки частиц, ограничение тока в ускорителе из-за возбуждения паразитных колебаний, приводящих к неустойчивости пучка.

Прототипом предлагаемого изобретения выбран линейный ускоритель электронов с компрессией СВЧ-энергии [3] содержащий последовательно расположенные инжектор электронов и ускоряющую секцию с замедляющей структурой, накопительный резонатор, СВЧ-тракт с переключателем СВЧ-мощности.

Недостатками прототипа являются сложность конструкции, высокая стоимость высокочастотной системы, ограничение тока в ускорителе из-за возбуждения паразитных колебаний.

Задача, на решение которой направлено изобретение упрощение конструкции устройства и повышение эффективности ускорения частиц.

Предлагаемый в качестве изобретения ускоритель заряженных частиц (см. чертеж) содержит блок формирования стоячей линейно поляризованной электромагнитной волны 1; устройство ввода частиц 2, содержащее инжектор частиц, систему фокусировки и отклонения частиц, либо два инжектора частиц, две системы фокусировки и отклонения частиц, выполненные и размещенные с возможностью ввода в ускоряющую секцию встречных пучков частиц в направлении поляризации стоячей электромагнитной волны (в направлении колебаний электрического вектора); блок формирования электромагнитной линейно поляризованной волны 3.

Суть изобретения состоит в том, что ускоряющая секция содержит блок формирования стоячей периодической во времени и в пространстве линейно поляризованной в направлении ускорения пучка частиц электромагнитной волны 1 (имеется в виду направление поляризации, совпадающее с направлением колебаний электрического вектора электромагнитной волны) и блок формирования периодической во времени линейной поляризованной электромагнитной волны, имеющей тот же временной период колебаний, что и стоячая электромагнитная волна, и направление поляризации, перпендикулярное к направлению поляризации стоячей волны (как и ранее имеются в виде направления поляризации, совпадающие с направлениями колебаний электрических векторов упомянутых волн).

Устройство ввода частиц 2 обеспечивает ввод частиц в направлении поляризации стоячей волны (в направлении колебаний электрического вектора волны). Ускоряемый пучок частиц попадает внутрь блока 1, где на него действуют две электромагнитные волны: стоячая волна, формируемая в этом же блоке, и электромагнитная волна с блока 3. Ускорение пучка обеспечивается совместным действием электрических составляющих обеих волн.

Возможны различные варианты реализации предлагаемого устройства ускорения частиц. Приведем некоторые из них.

1. Блок формирования стоячей электромагнитной волны содержит источник лазерного излучения и интерферометр Фабри-Перо.

2. Блок формирования линейно поляризованной электромагнитной волны представляет собой источник лазерного излучения.

3. Система ввода частиц содержит инжектор и систему фокусировки и отклонения пучка частиц, выполненные и размещенные с возможностью ввода частиц в направлении поляризации стоячей электромагнитной волны (в направлении колебаний электрического вектора волны).

4. Устройство ввода частиц содержит второй инжектор и вторую систему фокусировки и отклонения пучка частиц, выполненные и размещенные с возможностью ввода в ускоряющую секцию встречных пучков частиц в направлении поляризации (в направлении колебаний электрического вектора) и стоячей электромагнитной волны.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

Пусть для простоты напряженность электрической составляющей обеих волн меняется со временем по синусоидальному закону, а амплитуда напряженности электрической составляющей поля стоячей волны меняется в пространстве тоже по синусоидальному закону. Направления поляризации (направления колебаний электрических векторов) обеих волн взаимно перпендикулярны, поэтому их электрические составляющие будут воздействовать на пучок в двух взаимно перпендикулярных направлениях, во-первых, в направлении ускорения пучка - электрическое поле стоячей волны, во-вторых, в направлении, перпендикулярном направлению ускорения пучка электрическая составляющая волн с блока 3. В электрическом поле, меняющемся со временем по синусоидальному закону, заряженная частица будет периодически колебаться с частотой изменения поля. Обе рассматриваемые электромагнитные волны имеют один и тот же временной период колебаний, поэтому частицы пучка, совершая периодические колебания в направлении, перпендикулярном направлению ускорения пучка, будут периодически попадать в электрическое поле стоячей волны в те моменты времени, когда его направление совпадает с направлением ускорения пучка, и получать от этого поля энергию.

Совокупность существенных признаков заявляемого изобретения достаточна для достижения технического результата упрощения конструкции и повышения эффективности ускорения пучков заряженных частиц.

Литература
1. Авт. св. N 1333217, H 05 H 9/00.

2. Авт. св. N 1365378, H 05 H 9/00.

3. Авт. св. N 1718390, H 05 H 9/00.

Использование: в ускорительной технике. Сущность изобретения: линейный ускоритель пучка заряженных частиц содержит систему ввода частиц и ускоряющую секцию, которая включает блок формирования стоячей линейно поляризованной электромагнитной волны и блок формирования бегущей линейно поляризованной электромагнитной волны. Частота волн одинаковая, а направления поляризации - взаимно противоположные. Блок формирования стоячей волны содержит источник лазерного излучения и интерферометр Фабри-Перо. Блок формирования бегущей волны представляет собой источник лазерного излучения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Линейный ускоритель пучка заряженных частиц, содержащий систему ввода частиц и ускоряющую секцию, отличающийся тем, что ускоряющая секция выполнена в виде блока формирования стоячей периодической во времени и в пространстве линейно поляризованной в направлении ускорения пучка частиц электромагнитной волны и блока формирования периодической во времени линейно поляризованной электромагнитной волны, имеющей тот же период колебаний, что и стоячая электромагнитная волна, и направление поляризации, перпендикулярное к направлению поляризации стоячей волны. 2. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что блок формирования стоячей электромагнитной волны содержит источник лазерного излучения и интерферометр Фабри-Перо. 3. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что в качестве блока формирования периодической во времени электромагнитной волны использован источник лазерного излучения. 4. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что система ввода частиц содержит инжектор и систему фокусировки и отклонения пучка частиц, выполненные и размещенные с возможностью ввода частиц в направлении поляризации стоячей электромагнитной волны. 5. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что устройство ввода частиц содержит второй инжектор и вторую систему фокусировки и отклонения пучка частиц, выполненные и размещенные с возможностью ввода в ускоряющую секцию встречных пучков частиц в направлении поляризации стоячей электромагнитной волны.