МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2003 года по МПК H05H9/00 H05H11/00 

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к линейным индукционным ускорителям заряженных частиц, и может быть использовано как компактный ускоритель коммерческого типа для формирования одиночных и многих релятивистских пучков, в том числе таких, что имеют разные энергии и состоят из зарядов разных знаков.

Известно устройство (электростатический ускоритель - ЭП), которое способно работать как ускоритель заряженных частиц (Cockcroft J.D., Walter Е.Т. С. "Experiments with high velocity ions. Further developments in the method of obtaining high velocity positive ions". Proc. Roy. Soc. A, vol.136, p. 619, 1932). Устройство состоит из блока инжекторов, ускоряющего блока, источника питания и выходного устройства. Основными недостатками ЭП являются их чрезмерные габариты, высокая стоимость, повышенная опасность при обслуживании и малые величины тока пучка ускоряемых частиц. Все указанные недостатки обусловлены особенностями конструкции источника питания, который содержит конструктивные элементы, которые находятся под статическим напряжением в сотни тысяч - миллионы (и в ряде случаев и больше) вольт. Для обеспечения изоляции таких элементов используются специальные электротехнические масла и газы под высоким давлением (от 5 до 30 атмосфер), что делает эксплуатацию таких ускорителей опасной и препятствует созданию малогабаритных и, одновременно, мощных ускоряющих систем. Указанные недостатки являются основным препятствием для создания компактных, недорогих и безопасных в эксплуатации ускорителей коммерческого типа для формирования одиночных и многих пучков заряженных частей, в том числе таких, что имеют различные энергии и состоят их зарядов различных знаков. В особенности важными эти недостатки оказываются при работе с электронными пучками ≥ 1 МеВ.

Известен также линейный индукционный ускоритель, способный работать как компактное устройство для формирования одиночных релятивистских пучков заряженных частиц (Redinato L. "The advanced test accelerator (ATA), a 50-Mev, 10-k Inductional Linac," IEEE Trans., NS-30, 4, pp.2970-2973, 1983). Данное устройство называют также одноканальным линейным индукционным ускорителем (ОЛИУ). Как и электростатический ускоритель (ЭП), ОЛИУ содержит инжекторный блок, ускоряющий блок, источник питания и выходное устройство. Особенностью его является то, что ускоряющий блок здесь выполнен в форме индуктора с одним рабочим каналом для ускорения заряженных частичек. Ускорение заряженных частиц в ОЛИУ осуществляется за счет действия продольного вихревого электрического поля относительно низкой частоты (десятки МГц), которое генерируется в рабочем канале индуктора специальными обмотками с переменным во времени током. Индуктор содержит магнитные сердечники, изготовленные из высокочастотных магнитных материалов с повышенной электрической прочностью, в том числе из ферритов, аморфных магнитных материалов и т.п. Благодаря этому ОЛИУ лишен основного недостатка электростатических ускорителей - необходимости использовать сверхвысокие разности потенциалов на конструктивных элементах рабочего (ускоряющего) канала. Это, в свою очередь, делает их значительно более безопасными при эксплуатации. Кроме того, в ОЛИУ, в отличии от ЭП, есть возможность для ускорения гораздо более интенсивных (в том числе, килоамперных) пучков заряженных частиц.

Основным недостатком ОЛИУ является то, что при его работе в окружающем пространстве ускорителя может генерироваться сильное внешнее вихревое электрическое поле. (В отличие от внешнего вихревое электрическое поле в ускоряющем (рабочем) канале классифицируется как внутреннее; в современных ОЛИУ напряженность внутреннего поля в канале может достигать десяти МВ/м). В нештатных ситуациях или в случаях нарушения правил эксплуатации ОЛИУ внешнее вихревое электрическое поле может быть опасным как для обслуживающего персонала, так и для сопутствующей аппаратуры, если они не имеют специального экранирования. Или, другими словами, можно сказать, что ОЛИУ характеризуются низким уровнем электромагнитной совместимости.

Другая сторона проблемы электромагнитной совместимости состоит в том, что наличие интенсивного внешнего поля приводит к реализации вокруг ускорителя своеобразной "мертвой зоны", работа в которой требует специальных мер защиты. Это реально ограничивает возможности свободного использования пространства, непосредственно примыкающего к ускоряющему блоку ОЛИУ. Последнее, фактически, может расцениваться как то, что его реальные (например, поперечные) габариты могут быть значительно большими, чем собственно поперечные размеры ускоряющего блока. Размеры окружающего пространства ОЛИУ, за пределами которого интенсивность внешнего вихревого электрического поля уменьшается до допустимого уровня, называют его рабочим габаритом. Ясно, что чем более высокой является интенсивность внутреннего электрического поля в ускоряющем канале, тем большим оказывается рабочий габарит системы. Таким образом, в основе конструктивной концепции ОЛИУ лежит принципиальное противоречие между, с одной стороны, желанием увеличить темп ускорения (при тех же размерах ускоряющего блока) за счет увеличения интенсивности внутреннего вихревого электрического поля, а с другой, - возрастанием при этом рабочего габарита системы.

Основным техническим приемом, с помощью которого в ОЛИУ обеспечивают ослабление внешнего электрического поля, является использование специальных металлических экранов. При этом эффект ослабления внешнего поля достигается за счет организации дополнительных потерь энергии внешнего поля в объеме материала экрана. Тем не менее, достичь радикального уменьшения величины внешнего электрического поля таким путем на практике не удается. В некоторых конструкциях металлические экраны одновременно играют также роль элементов проводящего контура для создания разности высокочастотных потенциалов в специальных ускоряющих промежутках [Pasour J.A, Lucey R.F., Robertson C.W. Long pulse free electron laser driven by a linear induction accelerator, Proc. SPIE, v.453, p.328-331, 1984].

Кроме того, следует иметь ввиду, что на генерирование внешнего электрического поля в ОЛИУ расходуется значительная энергия, которая оказывается соизмеримой с энергией, которая расходуется на генерирование внутреннего поля в рабочем канале. Это, в свою очередь, означает, что коэффициент полезного действия (КПД) ОЛИУ принципиально не может быть высоким. Более того, в силу очевидных физических причин этот КПД падает с уменьшением силы тока пучка ускоряемых частиц. Одним из следствий указанного свойства ОЛИУ является то, что их практическое использование имеет смысл лишь в случае сильноточных пучков заряженных частиц. При умеренных токах пучков КПД оказывается настолько низким, что их практическое использование оказывается нецелесообразным в силу неконкурентноспособности с другими типами ускорителей. Последнее также является одним из основных недостатков конструкций данного класса.

Большие реальные (рабочие) габариты и необходимость принимать специальные меры безопасности имеют своим последствием также и то, что стоимость изготовления и эксплуатации ОЛИУ оказывается довольно высокой. Все это приводит к тому, что использование ОЛИУ как ключевого конструктивного блока различного типа устройств коммерческого назначения становится экономически не выгодным. Кроме того, вышеописанные особенности ОЛИУ технологически плохо совместимы с традиционной технологической культурой, типичной для гражданской (то есть "обычной") индустрии, например для легкой, пищевой, фармацевтической и т.д. отраслей промышленности.

Таким образом, наличие интенсивного внешнего вихревого электрического поля является главным фактором, который обусловливает основные недостатки ОЛИУ. А именно, его повышенную опасность при эксплуатации, большие рабочие габариты, сложность конструкции, низкие коэффициент полезного действия и уровень электромагнитной совместимости, высокую стоимость и технологическую несовместимость с типичными условиями эксплуатации в гражданских областях индустрии.

Другим существенным недостатком ОЛИУ является их функциональная ограниченность. А именно, каждый в отдельности взятый ОЛИУ не может быть использованным для независимого ускорения одновременно нескольких пучков заряженных частиц, в том числе таких, которые различаются знаком зарядов частиц.

Данное устройство является наиболее близким к предложенному изобретению по технической сути и достигаемому результату и принято за прототип.

Задачей изобретения является создание линейного индукционного ускорителя коммерческого типа, который характеризуется более широкими функциональными возможностями (а именно, способности ускорять одновременно несколько пучков заряженных частиц, в том числе таких, что различаются знаком заряда частиц), реальной компактностью, высокими уровнями электромагнитной совместимости и коэффициента полезного действия, безопасностью в эксплуатации, низкой стоимостью, относительной простотой конструкции и высокой технологичностью (то есть, технологической адекватностью условиям, которые являются типичными для гражданских отраслей индустрии). Это достигается за счет усовершенствования конструкции индуктора ускоряющего блока, который позволяет резко уменьшить величину внешнего вихревого электрического поля и одновременно увеличить величину внутреннего электрического поля в рабочем канале. Предложенное изобретение названо многоканальным линейным индукционным ускорителем (МЛИУ).

Поставленная задача решается тем, что в многоканальном линейном индукционном ускорителе, который включает в себя инжекторный блок, ускорительный блок, источник питания и блок выходных устройств для линейных пучков заряженных частиц, согласно изобретению ускорительный блок выполнен в форме не менее двух электродинамически связанных ускорительных блоков одноканальных линейных индукционных ускорителей или одноканальных ускорительных блоков, к выходам которых подключены выходные устройства для линейных пучков заряженных частиц, сориентированных таким образом, что направление электрического поля в рабочем канале каждого из одноканальных ускорительных блоков является противоположным к направлению поля в рабочем канале, по крайней мере, одного из соседних с ним одноканальных ускорительных блоков.

При этом предлагаются четыре конструктивных варианта схемы соединения одноканальных блоков с инжекторным блоком. В первом из них инжекторный блок выполнен в форме одиночного инжектора пучка заряженных частиц, который подключен к одному из одноканальных ускорительных блоков таким образом, что электрическое поле в его рабочем канале является ускоряющим для заряженных частиц подключенного к нему инжектора, и которое направлено противоположно направлению полей во всех остальных соседних с ним одноканальных ускорительных блоках.

Во втором варианте инжекторный блок выполнен в форме системы инжекторов пучков заряженных частиц одного знака, подключенных к части одноканальных ускорительных блоков с одной и той же стороны, причем все одноканальные ускорительные блоки подключены к инжекторам таким образом, что электрическое поле в каждом из одноканальных ускорительных блоков является ускоряющим для заряженных частиц, которые генерирую подключенный к нему инжектор.

В третьем варианте инжекторный блок выполнен в форме двух меньших инжекторных блоков пучков заряженных частиц одного знака, размещенных напротив противоположных концов рабочих каналов одноканальных ускорительных блоков, причем инжекторы подключены к рабочим каналам таким образом, что электрическое поле в каждом из одноканальных ускорительных блоков является ускоряющим для заряженных частиц подключенного к нему инжектора.

В четвертом варианте инжекторный блок выполнен в форме двух меньших блоков, каждый из которых является подблоком инжекторов пучков заряженных частиц разных знаков; эти инжекторы, в свою очередь, подключены к одноканальным ускорительным блокам с одной и той же стороны, причем каждый одноканальный ускорительный блок, к которому подключен инжектор, характеризуется ускоряющим направлением электрического поля в рабочем канале для частиц того сорта, который генерирует этот инжектор.

Кроме того, в каждом из этих четырех вариантов, в свою очередь, предлагаются четыре подварианта взаимной ориентации одноканальных ускорительных блоков.

В случае первого из них ускорительный блок выполнен таким образом, что оси рабочих каналов одноканальных ускорительных блоков являются параллельными и, следовательно, нигде не пересекаются.

В втором случае ускорительный блок выполнен таким образом, что оси рабочих каналов одноканальных ускорительных блоков не являются параллельными и пересекаются в одной точке.

При третьем варианте ускорительный блок выполнен таким образом, что оси рабочих одноканальных ускорительных блоков не являются параллельными и не пересекаются.

В четвертом варианте ускорительный блок выполнен таким образом, что оси рабочих каналов одноканальных ускорительных блоков не являются параллельными, причем разные оси пересекаются в разных точках.

Выполнение многоканального линейного индукционного ускорителя заряженных частичек (МЛИУ) в совокупности со всеми существенными признаками, включая отличные, в которых описаны различные конструктивные варианты как ускоряющего блока, так и схемы соединения этого блока с инжекторным блоком, позволяет реализовать следующую ситуацию. Внешние вихревые электрические поля всех одноканальных линейных индукционных ускорителей за пределами собственно МЛИУ взаимно гасятся (то есть, складываются с противоположными знаками), тогда как в объемах рабочих каналов одноканальных линейных индукционных ускорителей они складываются с одним знаком. Как следствие, внешнее электрическое поле МЛИУ резко спадает по мере отдаления от его внешней поверхности. Это приводит к тому, что их эксплуатация на практике становится намного безопаснее, уменьшаются как рабочие габариты (то есть, размеры "мертвой зоны"), так и "чистые" размеры самого ускорителя, упрощается конструкция в целом, открывается возможность его коммерческого применения в условиях типичных для гражданских областей индустрии.

Решения с подобными признаками при патентном поиске заявителем не выявлены и также не выявлены сведения о влияниях, предусмотренных существенными признаками заявляемого изобретения, на достижение указанного технического результата. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение отвечает критериям патентоспособности "новизна" и "изобретательский уровень".

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная электрическая схема многоканального линейного индукционного ускорителя (МЛИУ), на фиг.2 - структурная схема варианта конструкции МЛИУ с несколькими периферийными каналами, к которым не подключены инжекторы, и одним центральным каналом, который имеет диэлектрические стенки и к которому подключен один инжектор заряженных частиц, на фиг.3 - аналогичная конструкция, в которой стенки центрального канала выполнены из проводникового материала, на фиг. 4 - пример однослойной конструкции ускоряющего блока ОЛИУ (фронтальная проекция), в которой магнитный сердечник выполнен в форме сплошной цилиндрической трубы, на фиг.5 - поперечный разрез этой же конструкции, на фиг.6 - пример однослойной конструкции (фронтальная проекция) ускоряющего блока ОЛИУ, в которой магнитный сердечник выполнен в форме последовательно размещенных колец, на фиг.7 - пример двухслойной конструкции (поперечный разрез) ускоряющего блока ОЛИУ, который выполнен в виде серии коаксиально размещенных магнитных сердечников, на которые намотаны обмотки, на фиг.8 - пример однослойной конструкции ускоряющего блока ОЛИУ (изометрия), в которой магнитный сердечник выполнен в форме сплошной трубы прямоугольного сечения, на фиг. 9 - поперечный разрез варианта конструкции многоканального ускоряющего блока, построенного на основе цилиндрических ускоряющих блоков ОЛИУ с трубоподобным поперечным сечением, на фиг.10 - фронтальная проекция этой же конструкции, на фиг. 11 - поперечный разрез варианта конструкции многоканального ускоряющего блока, построенного на основе одного (главного) цилиндрического и четырех желобоподобных ускоряющих блоков ОЛИУ с трубкоподобным поперечным сечением, на фиг.12 - фронтальная проекция этой же конструкции, на фиг 13 - поперечный разрез варианта конструкции многоканального ускоряющего блока, построенного на основе цилиндрических параллельных размещенных по окружности ускоряющих блоков ОЛИУ с трубоподобным поперечным сечением, на фиг. 14 - ее фронтальная проекция, на фиг.15 - поперечный разрез варианта планарной однослойной конструкции многоканального ускоряющего блока, построенного на основе цилиндрических параллельных ускоряющих блоков ОЛИУ с трубоподобным поперечным сечением, размещенных в одной плоскости, на фиг.16 приведена ее фронтальная проекция, на фиг.17 - поперечный разрез варианта планарной двухслойной конструкции многоканального ускоряющего блока, построенного на основе цилиндрических параллельных ускоряющих блоков ОЛИУ, размещенных в двух параллельных плоскостях, на фиг.18 - поперечный разрез двухслойного двухэтажного варианта конструкции многоканального ускоряющего блока, построенного на основе параллельных ускоряющих блоков ОЛИУ с трубоподобным поперечным сечением, размещенных в четырех параллельных плоскостях, на фиг.19 проиллюстрирован принцип действия предложенного устройства на примере варианта конструкции ускорительного блока многоканального линейного ускорителя, который приведен на фиг.9 и 10, на фиг.20 проиллюстрирована работа варианта конструкции, в которой не только центральный, но и периферийные одноканальные ускоряющие блоки использованы для ускорения заряженных частиц одного и того же знака, на фиг.21 проиллюстрирована работа варианта конструкции, в которой центральный и периферийные одноканальные ускоряющие блоки использованы для ускорения заряженных частиц разных знаков, на фиг.22 объяснен принцип действия системы, предназначенной для ускорения заряженных частиц только одного знака, конструкция ускоряющего блока которой приведена на фиг. 13 и 14, на фиг.23 проиллюстрирована работа системы, конструкция ускоряющего блока которой приведена на фиг.13 и 14, особенностью которой является то, что здесь в разных ускоряющих каналах предусмотрено одновременное ускорение пучков заряженных частиц противоположного знака, на фиг.24 проиллюстрирована работа системы, конструкция ускоряющего блока которой выполнена в форме, которая предусматривает сведение всех пучков (среди которых, в том числе, есть пучки с разными знаками заряженных частиц) в одну малую область (фокус), на фиг.25 показана схема формирования переменных во времени магнитного потока (в магнитных сердечниках - показан их поперечный разрез) и вихревого электрического поля вне и внутри отдельно выделенного одноканального ускоряющего блока без экранирования, на фиг.26 приведена фронтальная проекция этой схемы, на фиг.27 показана такая же схема формирования, но для отдельно выделенного одноканального ускоряющего блока с металлическим экраном, на фиг.28 на примере двух параллельных одноканальных ускоряющих блоков проиллюстрирована общая идея эффекта взаимного гашения внешних полей, которые генерируются разными одноканальными ускоряющими блоками, на фиг. 29 приведена схема формирования электрических и магнитных полей в цилиндрической конструкции, показанной на фиг.9 и 10, на фиг.30 приведена аналогичная схема для цилиндрической конструкции, приведенной на фиг. 11 и 12, на фиг.31 приведена аналогичная схема, но для планарных конструкций многоканального ускоряющего блока типа тех, что приведены на фиг.15 - 18, на фиг. 32 показаны зависимости величины нормированной напряженности внешнего вихревого электрического поля от нормированного расстояния (в поперечном направлении) к поперечной поверхности ускоряющих блоков трех видов: ОЛИУ без экранирования и двух вариантов ускорительных блоков МЛИУ соответственно, на фиг. 33 - аналогичная зависимость, но для продольного направления, параллельного оси системы, на фиг.34 проиллюстрирована расчетная модель ОЛИУ, на фиг.35 и 36 - аналогичные модели четырех- и девятиканальных ускоряющих блоков соответственно, результаты обсчетов которых приведены на фиг.32 и 33.

Многоканальный линейный индукционный ускоритель (МЛИУ) содержит передние части инжекторного блока 1 и выходных устройств для линейных пучков заряженных частиц (выходного блока) 2, который подключен к многоканальному ускоряющему блоку 3. Задние части инжекторного 4 и выходного 5 блоков подключены к ускоряющему блоку 3 с противоположной стороны. В свою очередь части инжекторного блока 1, 4, выходного блока 2, 5 и ускоряющий блок 3 подключены к блоку 6 питания. Инжекторный блок 1, 4 состоит из не менее одного инжектора пучков заряженных частиц, а выходной блок - из не менее одного выходного устройства. Следует отметить, что одновременное наличие передних 1, 2 и задних 4, 5 частей блоков инжекторов и выходных блоков не является обязательным для всех вариантов конструкций МЛИУ. В разных вариантах конструкции может отсутствовать, по крайней мере, один из указанных элементов. Но, в любом случае, всегда должны быть в наличии не меньше одного инжектора и одного выходного устройства одновременно.

Последнее замечание проиллюстрировано на фиг.2 и 3. В том числе, на фиг. 2 приведен пример МЛИУ, в котором только один из рабочих каналов (а именно, центральный) использован как собственно ускорительный. Все остальные рабочие каналы (периферийные) служат лишь для целей гашения внешних электрических полей и для усиления поля в центральном канале. Здесь инжектор 1 пучка заряженных частиц подключен к центральному рабочему (ускорительному) каналу 7, стенки которого 8 выполнены из диэлектрического немагнитного материала. Транспортировку пучка заряженных частиц в канале 7 обеспечивают системой 9 фокусировки и коррекции, которая выполнена в форме соленоида или системы магнитных линз. Рабочий канал 7 охвачен системами фокусирования и коррекции ускоряемого пучка заряженных частиц 10, которые, в свою очередь, охвачены центральными индукторами 11 (которые выполнены в форме блоков ОЛИУ). Индукторы 11 охвачены периферийными индукторами 12 (также ускоряющими блоками ОЛИУ). Многоканальный ускорительный блок 3 как целое размещен в металлическом экране 13. Системы 14 фокусировки и коррекции пучка заряженных частиц размещены на выходе рабочего канала 7, к выходу которого подключен выходной блок 5.

Аналогичная по идее конструктивная версия показана на фиг.3. Отличие состоит лишь в форме выполнения центральной трубы 15, которая охватывает рабочий (ускорительный) канал 7. А именно, здесь она выполнена из электропроводящего материала и имеет два характерных разрыва 16 и 17 соответственно. Эти разрывы называют ускоряющими промежутками.

Как отмечалось, в предлагаемом изобретении ускорительные блоки МЛИУ предложено складывать (пакетировать) из определенным образом ориентированных ускорительных блоков ОЛИУ. На фиг.4 приведен пример одной из конструкций таких ускорительных блоков (фронтальная проекция). Здесь на магнитный сердечник 18, который выполнен в форме цилиндрической трубы и изготовлен из ускорительного феррита (или аморфного магнитного материала), намотаны (в продольном направлении) проволочные обмотки 19. В центральной части сердечника 18 (с обмотками 19) размещен фокусирующий соленоид 20, который, в свою очередь, охватывает трубу 21 рабочего канала 22 ускорительного блока ОЛИУ. При этом труба 21 сориентирована вдоль оси 23 рабочего канала.

На фиг. 5 показан поперечный разрез этой же конструкции. Здесь все позиции те же, что и на фиг.4.

На фиг.6 показан пример другого варианта конструкции ускорительного блока ОЛИУ. Отличие от конструкций, показанных на фиг.4 и 5, состоит лишь в форме выполнения магнитного сердечника. Здесь магнитный сердечник 24 выполнен в форме последовательности колец (коротких трубок), размещенных на одной и той же продольной оси 23. Проволочные обмотки 19 здесь намотаны на каждое из этих колец. Данный вариант конструкции является наиболее распространенным на практике, поскольку обеспечивает минимально возможные величины высокочастотного напряжения питания на обмотках 19. Известны также варианты, в которых кольца 24 размещены таким образом, что они образовывают электродинамически сплошной цилиндрический сердечник, подобный сердечнику 18. В таких случаях проволочные обмотки 19 намотаны на такой составной цилиндрический сердечник, как на сплошной.

Для конструкций, проиллюстрированных на фиг.4-6, характерно то, что все они выполнены как однослойные. То есть, совокупность магнитных сердечников и обмоток конструктивно образуют лишь один слой. Предложен также многоканальный ускорительный блок МЛИУ, который построен из нескольких коаксиально размещенных ускорительных блоков ОЛИУ. Причем каждый из таких многослойных блоков составлен из не менее двух однослойных блоков ОЛИУ, которые смонтированы коаксиально. То есть, блоки меньшего диаметра охвачены блоками большего диаметра, причем, таким образом, что оси симметрии всех однослойных блоков (рабочие оси) совпадают с рабочей осью ускорительного канала. Данная конструктивная концепция проиллюстрирована на фиг.7. Здесь магнитный сердечник 18 (который имеет меньший диаметр) с намотанными на него обмотками 19 образует внутренний однослойный ускоряющий блок ОЛИУ. Соответственно магнитный сердечник 25 и обмотки 26 формируют внешний однослойный блок. Оба однослойных блока размещены коаксиально, то есть их рабочие оси и продольная (рабочая) ось 23 ускорительного канала 22 совпадают. Особенностью вариантов многослойных конструкций такого типа является то, что проволочные обмотки внешнего слоя (или нескольких внешних слоев) подключены к источнику 6 питания таким образом, что переменный электрический ток в них протекает в направлении, противоположном направлению тока в обмотках внутренних слоев.

Спецификой конструкций, показанных на фиг.4-7, является то, что они построены на основе цилиндрических (или кольцевидных) магнитных сердечников с круглым поперечным сечением. Предложен также МЛИУ, который построен на основе конструкций ОЛИУ, которые базируются на использовании сердечников с прямоугольным, шестиугольным и т.д. поперечным сечением. Пример такой конструкции, построенной на основе магнитного сердечника с прямоугольным поперечным сечением, показан на фиг.8. Здесь на боковые стенки магнитного сердечника 27, что, как отмечалось, характеризуется прямоугольным поперечным сечением, намотаны проволочных обмотки 28. Незаполненная обмотками центральная часть сердечника 27 служит в качестве рабочего канала 29 ускоряющего блока ОЛИУ с рабочей осью 23.

На чертеже, представленном на фиг.9, показан поперечный разрез одного из вариантов конструкции ускоряющего блока МЛИУ, общая схема которого проиллюстрированная выше на фиг.2 и 3. Особенностью конструкции этого МЛИУ является то, что здесь лишь центральный рабочий канал (рабочий (ускоряющий) канал центрального ОЛИУ) использован для ускорения пучка заряженных частиц, тогда как все другие (периферийные) каналы служат лишь для гашения (компенсации) внешних электрических полей центрального ОЛИУ и для усиления внутреннего поля в центральном рабочем канале. В дальнейшем все блоки ОЛИУ, которые непосредственно использованы для ускорения заряженных частиц, классифицируются как основные, тогда как все остальные - как вспомогательные.

Основной ускорительный блок ОЛИУ в конструкции, представленной на фиг.9 (в данном случае он является центральным), состоит из магнитного сердечника 18, выполненного в форме цилиндрической трубы круглого поперечного сечения, изготовленного из высокочастотного магнитного материала (например, из феррита или аморфного). Вспомогательные рабочие каналы ориентированы таким образом, что их рабочие оси (оси симметрии) 30 являются параллельными по отношению к оси симметрии основного ускорительного канала 22. В продольном направлении на стенки этой трубы намотаны обмотки, внутренняя часть которых обозначена позицией 31, а внешняя - позицией 32. Во внутренней части обмотки 31 размещен фокусирующий соленоид 20. Во внутреннюю часть соленоида 20 вставлена труба 21 (труба основного ускорительного канала), изготовленная из одного из немагнитных диэлектрических материалов (например, из вакуумной керамики с высокой электрической прочностью). Таким образом, в данной конструкции центральная часть трубы 21 использована как основной ускорительный канал 22 для пучка заряженных частиц.

Основной (центральный) ускорительный одноканальный блок окружен восьмью вспомогательными (периферийными) ускоряющими блоками ОЛИУ. Каждый из них имеет конструкцию, подобную конструкции основного блока ОЛИУ. А именно, здесь на сердечники 33, параллельно их рабочим осям, намотаны проволочные обмотки, внутренняя часть которых представлена позицией 34, а внешняя часть - позицией 35. Кроме внутренних обмоток 34, в данной конструкции также предусмотрены внутренние обмотки 36, которые являются общими с внешней обмоткой центрального (основного) ОЛИУ. Во избежание электрического пробоя центральные части вспомогательных (периферийных) каналов заполнены стержнями 37, которые изготовлены из немагнитного диэлектрического материала с высокой электрической прочностью.

На фиг.10 представлена фронтальная проекция этой же конструкции.

Одной из технологических особенностей описанного выше варианта конструкции является наличие общих проволочных обмоток для основного и вспомогательных одноканальных ускорительных блоков ОЛИУ (см. позицию 36). Кроме того, здесь предусмотрено размещение фокусирующего соленоида 20 и заполнение каналов вспомогательных одноканальных блоков немагнитным изоляционным материалом (см. позицию 37). Предложен также вариант конструкции, в которой основной и вспомогательные одноканальные ускорительные блоки не имеют общих проволочных обмоток. А также такой, в котором не предусмотрено размещения фокусирующего соленоида, а вместо изоляторов 37 размещены герметически закрытые полые немагнитные диэлектрические трубки (изготовлены, например, из вакуумной керамики с высокой электрической прочностью). Предложена также конструкция, в которой как центральный, так и периферийные ускорительные блоки ОЛИУ использованы как основные, то есть такие, что предназначены для ускорения пучков заряженных частиц.

Все проволочные обмотки имеют стандартную конструкцию. В том числе предлагается их изготовление из провода со сплошным или трубкообразным поперечным сечением любой формы (например, фольги и т.д.). В случае трубкообразного провода, последний, кроме того, может быть использован также для пропуска охлаждающей жидкости. Все обмотки подключены к источнику (или к нескольким различным источникам) высокочастотного переменного напряжения, которое входит в состав источника питания 6 (см. фиг.1).

Аналогичная конструктивная идея, но в несколько другой форме проиллюстрирована на фиг.11. Здесь, как и в конструктивной версии, приведенной на фиг. 9 и 10, основной ускоряющий одноканальный блок реализован в виде магнитного сердечника 38, изготовленного в форме цилиндрической трубы круглого поперечного сечения, вдоль стенки которой намотаны проволочные обмотки 19. Ускорительный канал 22 охвачен трубой 21, которая изготовлена из немагнитного диэлектрического материала с высокой электрической прочностью. В отличие от предыдущей конструкции, где вспомогательные (периферийные) ускоряющие блоки ОЛИУ выполнены в цилиндрической форме, здесь функционально аналогичные блоки имеют желобоподобную форму. А именно, каждый такой желобоподобный ускорительный одноканальный блок (общее число которых в данном варианте конструкции равно четырем) включает в себя желобоподобные же магнитные сердечники 38. Внутри последних предусмотрены желобоподобные вырезы (периферийные рабочие каналы), так что объем желобоподобного сердечника 38 имеет две стенки (внутреннюю и внешнюю соответственно). Обмотки 39 намотаны таким образом, что часть их охватывает внутреннюю стенку, а другая часть - внешнюю стенку. Таким образом, каждый периферийный желобоподобный ускоряющий блок ОЛИУ имеет пару обмоток 39 - внутреннюю и внешнюю соответственно. При этом внутренние вырезы магнитных сердечников могут как практически полностью заполнять внутренние вырезы (рабочие каналы) объемом обмоток, так и оставлять часть объема каждого из каналов незаполненным обмотками. В последнем случае это свободное от обмоток пространство заполнено изолирующим диэлектрическим материалом с высокой электрической прочностью.

На фиг.12 представлена фронтальная проекция этой же конструкции.

Одной из особенностей предложенного варианта конструкции (см. фиг.11 и 12) является отсутствие здесь общих проволочных обмоток для основного и вспомогательных одноканальных ускорительных блоков. Кроме того, здесь не предусмотрено размещение фокусирующего соленоида (как это сделано в предыдущем случае - см. позицию 20 на фиг.9 и 10). Предложена также конструкция МЛИУ с желобоподобными периферийными (вспомогательными) блоками, в которых основной и вспомогательные ОЛИУ имеют общие проволочные обмотки, а между внутренней частью проволочной обмотки 39 и трубкой 21 размещен фокусирующий соленоид.

Основным отличием конструкции ускорительного блока МЛИУ, поперечный разрез которого приведен на фиг.13, есть то, что здесь все блоки ОЛИУ являются основными, т. е. такими, что подключены к инжекторам пучков заряженных частиц. Здесь, как и в конструктивных версиях, приведенных на фиг.9-12, каждый из основных ускорительных одноканальных блоков выполнен в виде магнитного сердечника 40, изготовленного в форме цилиндрической трубы, вдоль стенок которой намотаны проволочные обмотки 41. Позиция 42 обозначает фокусирующие соленоиды, которые охвачены проволочными обмотками 41. Все одноканальные ускоряющие блоки размещены симметрично вокруг вспомогательной камеры 43, которая заэкранирована от влияния электрических полей экраном 44. Итак, в данной конструкции все рабочие каналы 45 размещены по окружности таким образом, что их рабочие оси 46 (в данной проекции они перпендикулярны к плоскости чертежа) являются параллельными и нигде не пересекаются. Камера 43 конструктивно предназначена для размещения блоков питания и некоторых вспомогательных систем, таких, например, как система контроля и управления, система охлаждения и т.д. Предложен также вариант конструкции, где вместо камеры 43 размещен ускоряющий блок МЛИУ, конструкции которого приведены на фиг.9, 10 или фиг.11, 12.

Основной особенностью приведенной на фиг.13 конструкции является то, что здесь проволочные обмотки 41 подключены к источнику высокочастотного питания таким образом, что электрическое поле в каждом из ускоряющих блоков ОЛИУ направлено противоположно к направлению электрического поля в обоих соседних с ним одноканальных ускоряющих блоках. Конструкции МЛИУ с такой компоновкой ускоряющих блоков называют периодически реверсивными.

На фиг.14 представленная фронтальная проекция этой же конструкции.

Как отмечалось, в частичном случае, который проиллюстрирован фиг.12 и 14, все рабочие каналы ускоряющих блоков ОЛИУ сориентированы таким образом, что их рабочие оси (оси рабочих каналов - см. позицию 46) оказываются параллельными. То есть, в силу определения понятия параллельности они нигде не пересекаются. Предложены также другие конструктивные вариант МЛИУ. В том числе, такие, где оси рабочих каналов ускоряющих блоков ОЛИУ не являются параллельными и нигде не пересекаются. А также такие, что оси пересекаются все в одной точке, или такие, где разные группы осей пересекаются в разных точках. Кроме того, предложены конструкции, в которых только половина из ускоряющих блоков ОЛИУ использованы как основные (то есть непосредственно для ускорения), тогда как все другие блоки использованы как вспомогательные. В этом случае рабочие каналы вспомогательных блоков заглушены специальными диэлектрическими вставками, например керамическими.

Специфической чертой конструкций ускоряющих блоков МЛИУ, которая проиллюстрирована на фиг.9 - 14 является то, что все они характеризуются азимутальной симметрией. Кроме таких азимутально-симметричных конструкций, предложены также конструкции планарного типа. Особенностью их является то, что оси всех рабочих каналов ускоряющих блоков ОЛИУ в данном случае лежат в одной или в нескольких параллельных (или не параллельных) плоскостях. Конструкции первого типа называют однослойными и одноэтажными. Среди конструкций второго типа различают многослойные и многоэтажные. В случаях, когда ускорительные блоки ОЛИУ размещены таким образом, что их рабочие оси лежат в нескольких плоскостях (в том числе, параллельных) и при этом ускорительные блоки ОЛИУ в соседних плоскостях являются электродинамически сильно связанными, то такие конструкции называют одноэтажными многослойными. Многоэтажные системы предложено строить из однослойных и многослойных блоков таким образом, что блоки соседних слоев (или соседние многослойные блоки) не оказываются сильно связанными электродинамически. Примеры планарных конструкций ускорительных блоков МЛИУ показаны на фиг.15 - 20.

В том числе на фиг.15 приведен поперечный разрез однослойного (а, следовательно, и одноэтажного) ускорительного блока МЛИУ. Здесь, как и в конструкции, показанной на фиг.13 и 14, все ускорительные одноканальные блоки являются основными, то есть такими, к которым подключены инжекторы пучков заряженных частиц. Сами же одноканальные блоки выполнены в виде магнитных сердечников 40, которые изготовлены в форме цилиндрических труб, вдоль стенок которых намотаны проволочные обмотки 41. Позицией 42 обозначены фокусирующие соленоиды. Однако, в отличие от предыдущего случая, здесь рабочие каналы одноканальных блоков 45 сориентированы таким образом, что их рабочие оси 46 оказываются в одной и той же плоскости.

На фиг.16 представлена фронтальная проекция этой же конструкции.

Конструктивная идея многослойных планарных конструкций ускорительных блоков МЛИУ проиллюстрирована на фиг.17. Здесь приведен пример двухслойной планарной конструкции, где позицией 40 обозначены магнитные сердечники, которые изготовлены в форме цилиндрических труб, вдоль стенок которых намотаны проволочные обмотки 41. Как и в предыдущей конструктивной версии, позиция 42 обозначает фокусирующие соленоиды. Отличие, однако, состоит в том, что рабочие каналы 45
одноканальных блоков (и соответственно их рабочие оси 46) здесь размещены в двух параллельных плоскостях.

Для однослойных и многослойных планарных конструкций предложен ряд вариантов. В том числе, таких, где все оси рабочих каналов могут быть как параллельными, так и не параллельными, могут как пересекаться, так и не пересекаться и т.д. Кроме того, в некоторых вариантах не предусмотрено использование фокусирующих соленоидов, а из всех ускорительных каналов только половина использованы как основные. Все другие каналы в таких конструкциях использованы как вспомогательные и заглушены специальными диэлектрическими вставками.

На фиг.18 представлен пример двухслойной двухэтажной системы. Здесь, как и на фиг.15 - 17, позицией 40 обозначены магнитные сердечники, которые изготовлены в форме цилиндрических труб, вдоль стенок которых намотаны проволочные обмотки 41, позицией 45 обозначены рабочие каналы одноканальных блоков. Тут предусмотрено, что половина рабочих каналов 47 являются вспомогательными, и они заглушены диэлектрическими вставками. В промежутке между двумя двухслойными блоками размещен электрический экран 48, объем которого предназначен для размещения здесь вспомогательного оборудования (систем питания, систем управления и контроля и т.п.). Основное отличие данного варианта конструкции в том, что благодаря пространственному разнесению двух двухслойных планарных блоков (и наличия электрического экрана 48) электромагнитная связь между ними оказывается ослабленной.

Предложены также многосекционные конструкции МЛИУ. Каждая такая конструкция состоит из линейной последовательности нескольких отдельных секций МЛИУ, которые соединены между собой стандартными переходными устройствами.

В качестве инжекторов пучков заряженных частиц предложено использовать стандартные конструкции для формирования электронных пучков, пучков положительных и отрицательных ионов.

Источник высокочастотного переменного напряжения выполнен по одной из известных стандартных схем. В том числе, это могут быть как генераторы (с внутренним или внешним возбуждением) синусоподобных сигналов, так и системы для формирования (в том числе, с использованием метода компьютерного синтеза) импульсов заданной сложной формы. Предлагается выполнение источника радиочастотного питания (как один из наиболее перспективных вариантов) в форме распределенной системы, когда каждая обмотка (или группа обмоток) подключена к отдельному полупроводниковому усилителю импульсного напряжения. При этом все усилители (через промежуточные усилители и линии задержки при необходимости) и системы питания инжекторов пучков заряженных частиц синхронизированы одним и тем же задающим генератором импульсов.

Блок выходных устройств (выходной блок) состоит из выходных устройств, каждое из которых выполнено согласно одной из конструкций, хорошо известных в технике ускорителей с линейными пучками заряженных частиц. В том числе, таких как системы для фокусирования, дефокусирования, сканирования, отклонения, модуляции и т.д. линейных пучков заряженных частиц.

Работа предлагаемого изобретения поясняется на фиг.19 - 36. В том числе, на фиг.19 на примере вариантов конструкции ускорительного блока МЛИУ, которые приведены на фиг.2, 3, 9 и 10, где проиллюстрирован принцип действия предложенного устройства. Здесь инжектор 1 пучка заряженных частиц (в данном примере - электронов) формирует пучок 49, который далее направляют в основной рабочий канал 7 многоканального ускорительного блока 3. Последний подключен к источнику 6 питания, который возбуждает в обмотках блока переменный электрический ток из заданной формы импульсов. В свою очередь, протекание в обмотках тока приводит к генерированию в магнитных сердечниках многоканального ускорительного блока 3 переменного во времени магнитного поля. Вследствие реализации эффекта электрической индукции как в основном рабочем канале 7, так во вспомогательных (периферийных) каналах 50 генерируется вихревое электрическое поле. Силовые линии этого электрического поля показаны позицией 51. Данное электрическое поле является ускорительным для электронов пучка 49 в основном рабочем канале 7. Ускоренный электронный пучок 49 далее направляют в выходное устройство 5.

Как отмечалось, предложен также вариант конструкции МЛИУ, в котором не только центральный, но и все остальные (периферийный) ускорительные каналы используют как основные. При этом может быть два и больше частных вариантов конструкции.

В первом из них во всех каналах ускоряются частицы одного и того же знака, например электроны. Принцип действия такой конструкции проиллюстрирован на фиг. 20. Характерным признаком его является то, что здесь инжекторы (позиции 1 и 52) электронных пучков (позиции 49, 56) подключены к ускорительным каналам (а именно, к центральному 7 и периферийным 50) с противоположных сторон. Это объясняется тем, что источники импульсного напряжения (которые входят в состав источника питания 6) подключены к многоканальному ускорительному блоку 3 таким образом, что в рабочих каналах последнего (центральном 7 и периферийных 50 соответственно) генерируются вихревые электрические поля с противоположной ориентацией вектора напряженности (эти направления поля в каналах характеризуют прямолинейные отрезки 53 силовых линий, которые замыкаются внешними криволинейными отрезками 54). Очевидно, что в данном случае выходные устройства для электронных пучков 49, 56 в обсуждаемой конструкции также должны быть размещены напротив противоположных концов каналов 7 и 50. Вследствие сказанного электронные пучки 49 и 56 двигаются в соседних рабочих каналах 7 и 50 во взаимно противоположных направлениях.

Характерной особенностью второго из выше упомянутых вариантов конструкции МЛИУ является то, что в данном случае происходит ускорение заряженных частиц как в центральном, так и в периферийных рабочих каналах. При этом знаки ускоряемых частиц в центральном, с одной стороны, и периферийных, с другой, оказываются противоположными (например, электроны и положительные ионы). Принцип действия данной конструкции объясняется на фиг.21. Здесь как электронный 1, так и ионный 52 инжекторы (которые, формируют электронный 49 и ионные 56 пучки соответственно) размещены с одной и той же стороны по отношению к многоканальному ускорительному блоку 3 или, точнее, напротив рабочих каналов 7 и 50. Поскольку конструкция многоканального ускорительного блока 3 и метод его подключения к блоку 6 питания являются теми же, что и в случае, приведенном на фиг. 20, то соответственно направления вихревого электрического поля 53 в центральном и периферийных каналах оказываются взаимно противоположными. При таком размещении инжекторов 1, 52, электрические поля в каналах оказываются ускоряющими как для электронного 49, так и для ионного 57 пучков. Все выходные устройства 5, 58 в данной конструкции в отличие от предыдущей размещены с одной и той же стороны, а именно на противоположных по отношению к инжекторам 1, 52 концах ускоряющих каналов 7, 50.

Таким образом, вариант конструкции, которая проиллюстрирована на фиг.21 предназначен для одновременного ускорения как электронных, так и ионных пучков. В том числе, для ситуаций, когда есть необходимость ускорения в одной и той же системе электронного пучка и нескольких ионных пучков с различными массами и начальными энергиями. Это может быть полезным, например, в случаях, когда требуется особенно точная синхронизация во времени импульсов заряженных частичек различных типов.

Предложен "обратный" вариант обсуждаемой конструкции, в которой центральный рабочий канал предназначен для ускорения ионов, а периферийные - для ускорения электронов. Этот вариант, в основном, предназначен для ситуаций, когда на выходе системы требуется иметь энергию ионного пучка много большую, чем энергия электронных пучков, кроме того, когда эти пучки имеют большую силу тока. В данной конструкции такая возможность обеспечивается, прежде всего, тем, что ускоряющее поле в периферийных каналах всегда оказывается значительно более слабым, чем поле в центральном канале. Последнее есть характерной особенностью конструкций данного типа.

Предложен также вариант конструкции, в которой предусмотрено использование центрального рабочего канала как вспомогательного (то есть такого, роль которого состоит в компенсации внешнего электрического поля и усиления поля в периферийных каналах). В этом случае роль основных берут на себя периферийные рабочие каналы. Последние могут быть использованы как для ускорения ионов, так и электронов. Данный вариант, однако, имеет очень ограниченные рамки применения, поскольку, как отмечалось, электрическое поле в периферийных каналах в данной конструкции всегда оказывается значительно более слабым, чем поле в центральном канале. Более эффективным в таких ситуациях может быть использование конструкций, построенных на применении многоканальных ускоряющих блоков типа того, что показан на фиг.13 и 14. Принцип действия таких систем проиллюстрирован на фиг.22 и 23.

В том числе, на фиг.22 объясняется принцип действия системы, предназначенной для ускорения заряженных частиц только одного знака. Здесь в цилиндрический многоканальный ускорительный блок 59 (см. примеры его конструкции на фиг.13 и 14) вводят пучки заряженных частиц 60 (например, электроны). При этом различают два сорта рабочих каналов, а именно, основные 61 (то есть такие, что используются собственно для ускорения) и вспомогательные 62 (которые применяются только для создания внешнего компенсирующего электрического поля). Пучки заряженных частиц 60 формируются инжекторами, которые здесь для простоты не показаны. Характерным признаком, который отличает данную конструкцию, от обсуждаемых выше (см. фиг.17 - 21), есть то, что здесь ускоряющее электрическое поле в каждом из рабочих каналов направлено в противоположном направлении по отношению к полю в двух соседних с ним каналах. Это означает, что только половину рабочих каналов (четыре, в данном случае) используют как ускоряющие для пучков частиц одного знака, если принято (как в данном случае), что все они введены в ускорительный блок с одной и той же стороны. Соответственно все инжекторы этих пучков заряженных частиц здесь размещены с одной и той же стороны по отношению к ускоряющему блоку 59, напротив основных рабочих каналов 61.

Предложен также вариант конструкции, в которой основными являются все рабочие каналы. При этом инжекторный блок выполнен из двух меньших частей, которые размещены на противоположных сторонах ускорительного блока относительно ускоряющего блока. При этом пучки заряженных частиц, которые ускоряют в каждом из рабочих каналов 62 (которые в предыдущем случае использованы как вспомогательные - см. фиг.22, а в данном случае функционально трансформированы в основные), двигаются в направлении, противоположном по отношению к пучкам в соседних с ним также основных рабочих каналах.

Предложен вариант конструкции такого же типа, в которой в ее центральной части размещен ускоряющий блок, который выполнен согласно конструкциям, показанным на фиг.9 - 12. При этом в этом блоке только центральный рабочий канал использован как основной (например, такой, что предназначен для ускорения ионного пучка). Предусматривается, что такие конструкции могут быть особо эффективными в случаях, когда как электронный, так и ионный пучки являются сильноточными и характеризуются большой плотностью.

Предложен также вариант конструкции, принцип действия которой проиллюстрирован на фиг.23. Особенностью ее является то, что здесь в рабочих каналах блока 59 предусмотрено одновременное ускорение пучков заряженных частиц с противоположными знаками заряда, например электронов (позиция 60) и ионов (позиция 63). Пучки формируются соответственно электронным и ионным инжекторами, размещенными напротив одной и той же стороны блока 59 и для простоты здесь не показаны. Такая пространственная конфигурация оказывается возможной потому, что в соответствии с выше данным объяснением, направления ускоряющего электрического поля в "электронных" рабочих каналах 61 являются противоположными по отношению к направлениям поля в "ионных" (соседних) рабочих каналах 62. В предложенном варианте конструкции проблема транспортирования плотных сильноточных электронных пучков благодаря использованию приема многоканальности технологически оказывается менее трудной, чем в одноканальном случае традиционного ОЛИУ. Например, при наличии десяти "электронных каналов" и при силе тока в импульсе каждого парциального электронного пучка ~10 кА (Redinato L. "The advanced test accelerator (ATA), a 50-Mev, 10-k Inductional Linac," IEEE Trans.,. NS-30, 4, pp. 2970-2973, 1983) на выходе многоканального ускорителя (после выполнения соответствующей процедуры сведения электронных пучков), в принципе, может быть получен релятивистский пучок с силой тока ~100 кА и энергией в десятки - сотни МеВ. Например, при наличии сильноточных инжекторов положительных ионов с силой тока парциальных пучков на уровне десятков кА (которые реально существуют) на выходе предлагаемой системы после сведения электронных и ионных пучков может быть сформирован интенсивный релятивистский пучок квазинейтральной плазмы с рекордными характеристиками (относительно комбинации таких параметров, как сила тока, энергия и т.д.). Упомянутая процедура сведения всех пучков в один плазменный в таких конструкциях может быть облегчена в случае, если оси всех ускоряющих каналов не являются строго параллельными, например сходящимися в одной точке (фокусе). Пример схемы такого типа конструкций проиллюстрирован на фиг.24. Здесь многоканальный ускорительный блок 64 выполнен в форме усеченного конуса. Соответственно как электронные 60, так и ионные 63 пучки в данном случае движутся в своих рабочих каналах вдоль их рабочих осей, которые пересекаются в одной и той же точке (фокусе) 65. Местонахождение самой точки фокуса может регулироваться по глубине и перемещаться в поперечной плоскости путем соответствующей перестройки выходных устройств, которые обеспечивают вывод пучков из ускоряющих каналов.

Предложены также подобные конструкции, в которых разные группы пучков пересекаются в разных фокусах. А также конструкции, в которых все пучки не является параллельными и нигде не пересекаются.

Принципиальной особенностью, которая отличает предлагаемое изобретение от ранее известных, является применение здесь метода компенсации (гашение) внешних полей вблизи поверхности ускоряющих блоков МЛИУ путем специальной электродинамической организации системы магнитных индукторов. Вследствие этого внешнее электрическое поле, которое в любой точке вблизи поверхности МЛИУ формируется как коллективное поле всех одноканальных ускоряющих блоков, оказывается гораздо более слабым, чем внешнее поле любого из одноканальных ускоряющих блоков в этой же точке по отдельности.

Для объяснения принципа гашения внешнего электрического поля, которое применено в данном изобретении, использован метод сравнения. А именно, сначала рассмотрен физический механизм генерирования внешнего электрического поля в известном одноканальном ускорителе (Redinato L. "The advanced test accelerator (ATA), a 50-Mev, 10-k Inductional Linac," IEEE Trans., NS-30, 4, pp. 2970-2973, 1983), а затем поясняются физические основы метода гашения внешнего поля, который использован в данном изобретении.

Суть механизма генерации внешнего электрического поля в одноканальных ускорителях поясняется на фиг.25 - 27. В том числе, на фиг.25 и фиг.26 показаны схемы формирования переменного во времени магнитного потока в магнитном сердечнике одноканального ускоряющего блока без экранирования (см. позицию 18 на фиг. 4 - 6) и вихревого электрического поля извне и внутри него. При этом иллюстрация на фиг.25 относится к поперечному сечению сердечника 18, тогда как фиг.26 иллюстрирует ту же физическую картину во фронтальной проекции. Переменный ток, который протекает в обмотках одноканального блока, возбуждает в нем переменный же во времени магнитный поток 66. В свою очередь, в силу реализации эффекта электромагнитной индукции в окружающем пространстве генерируется вихревое электрическое поле, которое проиллюстрировано позициями 67, 68. В том числе, позиция 67 показывает направление вектора напряженности внутренней части поля (то есть, поля в ускорительном канале), тогда как позицией 68 показаны направления вектора напряженности внешнего поля.

Отметим, что в ослабленной форме эффект частичного гашения внешнего электрического поля на больших расстояниях присутствует и в традиционном случае ОЛИУ. Здесь электрическое поле в любой точке пространства вне рабочего канала формируется как суперпозиция двух взаимно противоположно ориентированных электрических полей. Одно из них генерируется частью магнитного потока 66, которая является более близкой к точке наблюдения. Второе поле формируется частью магнитного потока, который протекает в сердечнике на противоположной (по диаметру) стороне. Поскольку с позиции наблюдателя обе части магнитных потоков ориентированы в пространстве взаимно противоположно, то и генерируемые ими электрические поля в любой точке окружающего пространства вне сердечника также оказываются направленными взаимно противоположно. Укажем, однако, что расстояния от точки наблюдения до каждого из этих магнитных потоков являются разными. А именно, они отличаются на величину диаметра магнитного сердечника. Это означает, что существенная взаимная компенсация в данном случае возможна лишь на расстояниях много больших, чем диаметр магнитного сердечника ускоряющего блока ОЛИУ. Например, при диаметре сердечника 20 см на более или менее полную компенсацию за счет указанного физического механизма можно рассчитывать лишь на расстояниях ~2 м и больше. Отметим, что в современных ОЛИУ диаметр сердечников в конструкциях ОЛИУ с фокусирующим соленоидом (см. фиг.4 и 5) может достигать 0,5 и более метров. Это означает, что рабочие габариты таких систем (то есть габариты системы с учетом пространства "занятого" сильным электрическим полем) могут быть еще большими. Частично острота этой проблемы может быть ослаблена путем введения специальных металлических экранов. Но радикального решения в рамках конструктивной идеологии, которая принята за базовую в прототипе (Redinato L. "The advanced test accelerator (ATA), a 50-Mev, 10-k Inductional Linac," IEEE Trans., NS-30, 4, pp.2970-2973, 1983), ранее найдено не было.

Таким образом, из приведенных иллюстраций вытекает, что наличие сильного внешнего электрического поля непосредственно вблизи поверхности ускоряющего блока является принципиальной особенностью прототипа. Как упоминалось, на практике для его ослабления применяют технический прием, который состоит во введении специального экрана. Физическая суть механизма экранирования электрического поля проиллюстрирована на фиг.27. Основным отличием данной конструкции от приведенной на фиг.25 и 26 является наличие металлического экрана 69. Для части силовых линий внешнего электрического поля 68, которые попадают на него, экран является коротким замыканием, вследствие чего эти линии дальше нигде не могут выйти за пределы экрана 69. Под действием электрического поля внутри экрана возникает электрический ток 70. В свою очередь, этот ток генерирует магнитное поле, часть которого 71 проникает далеко за границы внутренней и внешней поверхностей экрана 69. Поскольку электрическое поле 68, 67 является переменным во времени, то и индуцированное им магнитное поле 71 также оказывается переменными во времени. Вследствие чего вблизи поверхности экрана генерируется дополнительное электрическое поле, внешняя часть которого представлена позицией 72, а внутренняя - 73. При этом внешняя часть 72 электрического поля представляет собой, по сути, продолжение внутреннего поля 68 за пределами экрана 69. Таким образом, действие экрана 69, в данном случае, сводится лишь к функции ослабления электрического поля 68 в пространстве за его границами. Это ослабление является тем большим, чем большей оказывается сила тока, индуцированного в его стенках, и чем большими оказываются омические потери энергии при его протекании. Кроме того, здесь также имеет место и реактивный механизм ослабления внешнего электрического поля, связанный со скин-эффектом. При этом основную роль в вопросе экранирования играет соотношение толщины экрана и толщины скин-слоя. Последний, как известно, существенно зависит от рабочей частоты полей, которые экранируются. Как следствие, эффективность действия экрана является тем большей, чем большей является толщина его стенок. Данный механизм, однако, хорошо работает в случае СВЧ полей и оказывается недостаточно эффективным в случае радиочастот. Например, для полного экранирования вихревого электрического поля за счет скин-эффекта при частоте его колебаний 30 МГц (которая является типовой для данного класса систем) необходимо сооружение металлического экрана толщиной ~50 см, что практически оказывается не реальным. При меньших толщинах экрана значительная часть электрического поля 68 (в форме внешней части поля 72) проникает за его границы тем более, чем более тонким является экран.

Другим эффектом, связанным с протеканием приведенных токов в стенках экрана, является нестационарное перераспределение зарядов в теле экрана. За счет этого эффекта также генерируется часть энергии поля извне экрана. В ряде конструкций, однако, этот эффект находит и свое полезное применение. Примером такой конструкции может служить система, приведенная на фиг.3. Особенностью этой конструкции является то, что здесь предусмотрено выполнение центральной трубы 15 ускоряющего канала 7 из проводникового материала (например, немагнитного металла). Важным является наличие разрывов 16 и 17 (ускоряющих промежутков) в теле трубы 15. В этом случае вихревое электрическое поле индукторов проникает в объем ускоряющего канала только в объеме, ограниченном промежутками 16, 17. Таким образом, ускорение в данном случае реализуется под действием этого электрического поля в ускоряющих промежутках 16, 17 на заряженные частички пучка, которые ускоряются.

Далее рассмотрен физический механизм самого эффекта гашения внешнего вихревого электрического поля, который применен в данном изобретении (см. фиг. 28 - 31).

На фиг.28 на простейшем примере двух параллельных одноканальных ускорительных блоков проиллюстрирована общая идея данного механизма гашения. Здесь в объеме магнитных сердечниках 18 и 74 двух соседних одноканальных блоков (конструкция которых показана, например, на фиг.6), сформированы переменные во времени магнитные потоки 66 и 75. Направления протекания токов в обмотках этих блоков подобраны таким образом, что магнитные потоки 66 и 75 в сердечниках 18 и 74 циркулируют во взаимно противоположных направлениях. Как следствие проявления эффекта электромагнитной индукции, магнитные потоки в каждом из сердечников 18, 74 генерируют свои собственные внешние 68, 76 и внутренние 68, 77 электрические поля. Принципиальным при этом является то, что направления векторов напряженности внешних электрических полей 68, 76 вне границ объемов сердечников оказываются взаимно антипараллельными. Кроме того, часть внешнего электрического поля, которое генерируется каждым из сердечников 18, 74, попадает во внутреннюю (приосевую) область соседнего с ним сердечника (см., например, 78). Причем в силу выше указанных причин эти поля (например, 67 и 78 соответственно), в отличие от полей вне границ сердечников (см., например, 79), складываются с положительным знаком. Как следствие, поля во внутренних областях сердечников усиливаются. Соответственно в силу указанной антипараллельности полей обоих сердечников 18, 74 за пределами их внутренних частей электрические поля обоих сердечников взаимно ослабляются (т.е., гасятся - см. позицию 79).

Описанный здесь физический механизм взаимного гашения (компенсации) внешних электрических полей и одновременного усиления внутренних полей лежит во главе угла всех выше описанных конструктивных версий предлагаемого изобретения. В ряде конструкций (см., например, периферийные одноканальные ускорительные блоки в конструкциях, показанных на фиг.2 и 3, фиг.9 - 12) применены одноканальные ускорительные блоки с одинаковыми направлениями циркуляции магнитных потоков в сердечниках. Производя аналогичный анализ относительно произвольной пары таких одноканальных ускорительных блоков, нетрудно прийти к выводу о том, что в данном случае реализуется обратная картина. А именно, внешние поля за пределами магнитных сердечников усиливаются, тогда как внутренние электрические поля (то есть поля в рабочих каналах) взаимно гасятся (ослабляются).

В качестве примера практического применения выше описанной физической идеи взаимной компенсации внешних электрических полей рассматриваем МЛИУ, варианты конструкции которого приведены на фиг.2 и 3, а ускорительные блоки этих конструкций - на фиг.9 - 12. Особенностью этих конструкций является то, что здесь имеется лишь один основной (центральный) рабочий канал с ускоряющим электрическим полем и несколько (в данном случае - восемь) периферийных одноканальных ускорительных блоков с противоположным направлением электрического поля в их рабочих каналах. Несмотря на такую асимметрию, тем не менее, данная конструкция способна эффективно обеспечивать гашение внешних электрических полей. Это достигается за счет того, что магнитные потоки в магнитных сердечниках каждого из периферийных блоков оказываются меньшими по величине (в данном конкретном случае - примерно в восемь раз), чем в сердечнике основного (центрального) блока. За счет азимутально-симметричной конфигурации конструкции внешнее электрическое поле одного (центрального) сердечника за пределами МЛИУ компенсируется полями, которые генерируются восьмью соседними с ним сердечниками периферийных одноканальных ускоряющих блоков.

Более предметно описанная выше физическая картина проиллюстрирована на фиг.29 и 30. В том числе, на фиг.29 показана схема электрических и магнитных полей в цилиндрической конструкции, проиллюстрированной на фиг.9 и 10. Характерной особенностью данного варианта конструкции является то, что здесь, как отмечалось, имеется всего один ускоряющий блок ОЛИУ (а именно, центральный), электрическое поле в рабочем канале которого (а значит и направление ускорения) является противоположным к направлениям электрического поля во всех других рабочих каналах блоков ОЛИУ (в данном случае - периферийных). На фиг.29 центральный блок представлен магнитным сердечником 18, а все периферийные блоки - магнитными сердечниками 74. Принципиальным для данной конструкции является то, что здесь направление циркуляции магнитного потока 66 в центральном одноканальном ускорительном блоке является противоположным к направлениям циркуляции магнитных потоков 75 во всех периферийных блоках. Таким образом, как уже отмечалось, в данной конструкции направление внутреннего электрического поля 67, которое генерируется центральным одноканальным ускоряющим блоком в основном рабочем канале, является противоположным к направлениям внутренних полей 77 во всех периферийных рабочих каналах. В соответствии с выше произведенным анализом (см. фиг.28 и соответствующие комментарии) это означает, что часть внешних полей центрального 68 и периферийных 76 одноканальных ускоряющих блоков за пределами их внутренних областей взаимно гасят друг друга (см. позицию 79). В то же время, другая часть внешних полей 78, которая локализована во внутреннем объеме рабочего канала центрального одноканального ускоряющего блока, складывается с его внутренним полем 67. За счет этого действующее электрическое поле в этом рабочем канале оказывается почти в два раза сильнее, чем в случае одиночного ОЛИУ (см. фиг. 25 и 26). Соответственно другая часть внешних полей 79 периферийных и центрального блоков, как отмечалось, взаимно гасят друг друга. Важно, при этом, отметить, что внешние поля всех периферийных одноканальных ускоряющих блоков вне границ их рабочих каналов, складываясь, формируют сильное коллективное поле, которое гасит внешнее поле 68 центрального одноканального ускоряющего блока. В то же время часть внешних полей одних периферийных блоков, которые проникают в рабочие каналы других соседних каналов, гасит внутренние поля в этих рабочих каналах, о чем уже говорилось выше. Часть внешнего поля центрального блока, наоборот, усиливает суммарное поле в этих рабочих каналах.

Схема формирования электрических полей в конструкции, приведенной на фиг.11 и 12, которая показана на фиг.30, в физическом плане не отличается от выше описанной. Тем не менее, и она имеет свои характерные особенности. Здесь, как и в предыдущем случае, магнитный сердечник 18 центрального одноканального ускоряющего блока выполнен в форме цилиндрической трубы с круглым сечением. В то же время магнитные сердечники 80 периферийных одноканальных ускоряющих блоков имеют желобоподобную форму. Позиции 66 и 81 показывают направления циркуляции магнитных потоков в центральном и четырех периферийных магнитных сердечниках соответственно. Отличие от предыдущего случая (см. фиг.29) состоит лишь в том, что здесь благодаря желобоподобной форме последних их магнитные потоки, объединяясь на стыках, формируют два кольцевых коаксиальных магнитных потока, которые текут во взаимно противоположных направлениях. Причем оси вращения этих периферийных потоков совпадают с осью вращения центрального магнитного потока 66. Вследствие этого все электрические вихревые поля, которые генерируются этими потоками, оказываются азимутально-однородными. В том числе это касается внутреннего 67 и внешнего 68, 82 полей центрального магнитного сердечника 18, а также внутренних 77 и внешних 76, 83, 84 полей периферийных магнитных сердечников 80.

При этом следует отметить, что эффективность гашения внешнего электрического поля в данной конструкции существенно зависит от радиальной ширины рабочих каналов в желобоподобных магнитных сердечниках 80. Это объясняется тем, что внутренний магнитный поток, который протекает в нем, создает дополнительное внешнее электрическое поле, которое, в свою очередь, несколько ослабляет внешнее электрическое поле, генерируемое внешним магнитным потоком. Полного гашения этих электрических полей, однако, не происходит, поскольку расстояния от внутреннего и внешнего магнитных потоков до точки наблюдения (измерения) электрического поля вне МЛИУ оказываются существенно различными. Подбирая радиальную ширину рабочих каналов желобоподобных магнитных сердечников 80 и силу тока в соответствующих обмотках, можно достичь практически полной компенсации внешнего электрического поля МЛИУ.

Аналогичного результата в принципе можно достичь и в случае многослойной конструкции ускоряющего блока, пример которой приведен на фиг.7. Индукционный ускоритель с ускоряющим блоком такой конструктивной версии при определенных условиях можно, в принципе, считать частичной модификацией МЛИУ. Для этого, однако, в отличие от прототипа здесь проволочные обмотки одного внешнего (или нескольких внешних) коаксиального одноканального блока следует подключить к источнику питания таким образом, чтобы магнитный поток (магнитные потоки) в его сердечнике циркулировал в направлении, противоположном направлению циркуляции центрального одноканального ускоряющего блока. В случае трехслойной версии данного конструктивного варианта принцип гашения внешних магнитных полей в таких МЛИУ является подобным выше описанному (см. фиг.30).

На фиг. 31 проиллюстрирована аналогичная картина формирования внешних и внутренних полей в планарных конструкциях типа тех, что приведены на фиг.15 - 18. Как отмечалось, эти конструкции относятся к классу периодически-реверсивных. По своей сути эта картина представляет собой дальнейшую эволюцию иллюстративной схемы, приведенной на фиг.28, в направлении увеличения числа одноканальных блоков. Здесь позицией 18 представлены магнитные сердечники, в объемах которых циркулируют магнитные потоки 66. Причем направления токов в обмотках одноканальных ускорительных блоков выбраны таким образом, что каждый магнитный поток 66 в любом из сердечников циркулирует в направлении, противоположном направлению циркуляции магнитных потоков в обоих соседних с ним сердечниках. Это означает, что направление вектора внутреннего электрического поля 67 в рабочем канале любого одноканального блока является противоположным направлениям таких же полей в соседних с ним блоках. По аналогии с тем, как это имеет место в случае предыдущей конструкции, внешние электрические поля 79 всех одноканальных блоков за пределами МЛИУ взаимно гасят одно другое 79. В то же время часть внешних полей 78, 85 одних блоков, которые проникают в рабочие каналы соседних с ним блоков, складывается с внутренним полем в канале, что, в итоге, приводит к усилению коллективного поля в рабочих каналах.

Аналогичная по физическому смыслу схема формирования электрических полей имеет место в случаях цилиндрической (см. фиг.13) и планарных многослойных (см. фиг.17) версий класса конструкции периодически-реверсивного типа.

Обобщая, можем сформулировать основополагающий для данного изобретения принцип, заложенный в формулу изобретения. А именно, в любом его варианте направление циркуляции магнитного потока по крайней мере в одном из магнитных сердечников должно быть противоположным направлениям циркуляции магнитных потоков в других соседним с ним сердечниках.

Анализируя количественные зависимости эффективности гашения (компенсации) внешних полей МЛИУ, нетрудно выяснить, что для некоторых конструкций принципиальную роль играет общее число ускорительных блоков ОЛИУ, из которых составлены эти конструкции. А именно, парным или не парным является это число, в особенности, в случае, когда все блоки ОЛИУ оказываются одинаковыми. Эта зависимость проиллюстрирована результатами численных расчетов, которые приведены на фиг.32 - 36. В том числе, на фиг.32 показана зависимость логарифма нормированной (на величину поля в канале) напряженности внешнего электрического поля от расстояния от боковой поверхности МЛИУ в перпендикулярном по отношению к ней направлении. На фиг.32 показана аналогичная зависимость, но в продольном (т.е., параллельном рабочим осям блоков ОЛИУ) направлении. Кривые 86, 87 и 88 отвечают трем расчетным моделям, которые отличаются общим числом блоков ОЛИУ. Соответственно кривые 87 отвечают случаю одного изолированного блока (см. расчетную модель на фиг.34), кривые 87 - двухслойной планарной конструкции, которая состоит из четырех одинаковых блоков ОЛИУ (см. расчетную модель на фиг.35) и, наконец, кривые 88 - трехслойной планарной конструкции, которая состоит из девяти одинаковых блоков (см. расчетную модель на фиг.36). Точка в пространстве, в которой рассчитывались поля на фиг.34 - 36, обозначена как А, диаметр сердечника обозначен как D, нормированное расстояние от поверхности БЛИУ (то есть, от поверхности самого близкого к точке А сердечника) определены как x/D или z/D, где x, z поперечная и продольная координаты точки наблюдения А, позицией 89 обозначено поперечное сечение магнитного сердечника, а позицией 90 - фронтальная проекция последнего. Величина Е₀ характеризует напряженность внутреннего электрического поля в рабочем канале, а величина Е - напряженность внешнего электрического поля в точке наблюдения А.

Случай, которые описывают кривые 86, отвечает конструкции прототипа (Redinato L. "The advanced test accelerator (ATA), a 50-Mev, 10-k Inductional Linac, " IEEE Trans. , NS-30, 4, pp. 2970-2973, 1983). Соответственно кривые 87 и 88 характеризуют различные частные варианты конструкции предложенного изобретения. Сравнение кривых 86 и 87 (парное число ОЛИУ) соответственно демонстрирует высокую эффективность предложенной конструкции даже в такой конструктивно наипростейшей ситуации. А именно, на расстоянии от сердечника, равном ~2,5 его диаметра, внешнее электрическое поле МЛИУ оказывается приблизительно в десять раз более слабым, чем электрическое поле непосредственно возле поверхности ОЛИУ. При этом при одинаковых токах на обмотках электрическое поле в рабочих каналах такого простейшего МЛИУ оказывается в ~ 1,7 раза более сильным. Аналогичный анализ конструкции, показанной на фиг.11 и 12 показывает, что при определенном подборе параметров выигрыш по величине ослабления внешнего поля МЛИУ может достигать ~10³-10⁴ раз по сравнению со случаем ОЛИУ. Анализируя динамику кривых 88 (непарное число блоков ОЛИУ), легко видеть, что на расстояниях, которые приблизительно равны 2-3 диаметра сердечника, системы с непарным числом ОЛИУ оказываются несколько менее эффективными, чем системы с парным числом ОЛИУ. При этом, однако, они остаются гораздо более эффективными (в смысле эффективности гашения внешнего поля), чем ОЛИУ в "чистом виде". Однако на больших расстояниях эффект гашения внешнего поля здесь проявляется довольно слабо.

Изобретение можно использовать как компактный ускоритель коммерческого типа для ускорения заряженных частиц, в том числе, для формирования одиночных и многих параллельных релятивистских пучков заряженных частиц.

Таким образом, заявленный многоканальный линейный индукционный ускоритель отвечает критерию патентоспособности "Промышленная применимость".

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано как компактный ускоритель заряженных частиц коммерческого типа для формирования одиночных и многих, в том числе параллельных релятивистских пучков, включая такие, которые имеют разные энергии и состоят из зарядов разных знаков. Многоканальный линейный индукционный ускоритель состоит из инжекторного блока, ускорительного блока, выходного устройства и источника питания. Ускорительный блок выполнен в форме не менее двух электродинамически связанных ускорительных блоков одноканальных линейных индукционных ускорителей, взаимно сориентированных таким образом, что направление электрического поля в рабочем канале любого из них является противоположным к направлению поля в рабочем канале, по крайней мере, одного из соседних с ним ускорительных блоков одноканальных линейных индукционных ускорителей. Технический результат: изобретение позволяет уменьшить реальные габариты конструкции, повысить уровень электромагнитной совместимости, технологичности и безопасности в эксплуатации, снизить стоимость и упростить конструкцию. 1 с. и 8 з.п.ф-лы, 36 ил.

1. Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц, который включает в себя инжекторный блок, ускоряющий блок, источник питания и блок выходных устройств для линейных пучков заряженных частиц, отличающийся тем, что ускорительный блок выполнен в форме не менее двух электродинамически связанных ускорительных блоков одноканальных линейных индукционных ускорителей или одноканальных ускорительных блоков, к выходам которых подключены выходные устройства для линейных пучков заряженных частиц, сориентированных таким образом, что направление электрического поля в рабочем канале каждого из одноканальных ускорительных блоков является противоположным к направлению поля в рабочем канале, по крайней мере, одного из соседних с ним одноканальных ускорительных блоков. 2. Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц по п. 1, отличающийся тем, что инжекторный блок выполнен в форме одиночного инжектора пучка заряженных частиц, который подключен к одному из одноканальных ускорительных блоков таким образом, что электрическое поле в его рабочем канале является ускоряющим для заряженных частиц подключенного к нему инжектора и которое направлено противоположно направлению полей во всех остальных соседних с ним одноканальных ускорительных блоках. 3. Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц по п. 1, отличающийся тем, что инжекторный блок выполнен в форме системы инжекторов пучков заряженных частиц одного знака, подключенных к части одноканальных ускорительных блоков с одной и той же стороны, причем все одноканальные ускорительные блоки подключены к инжекторам таким образом, что электрическое поле в каждом из одноканальных ускорительных блоков является ускоряющим для заряженных частиц, которые генерирует подключенный к нему инжектор. 4. Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц по п. 1, отличающийся тем, что инжекторный блок выполнен в форме двух меньших инжекторных блоков пучков заряженных частиц одного знака, размещенных напротив противоположных концов рабочих каналов одноканальных ускорительных блоков, причем инжекторы подключены к рабочим каналам таким образом, что электрическое поле в каждом из одноканальных ускорительных блоков является ускоряющим для заряженных частиц подключенного к нему инжектора. 5. Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц по п. 1, отличающийся тем, что инжекторный блок выполнен в форме двух меньших блоков, каждый из которых является подблоком инжекторов пучков заряженных частиц разных знаков; эти инжекторы, в свою очередь, подключены к одноканальным ускорительным блокам с одной и той же стороны, причем каждый одноканальный ускорительный блок, к которому подключен инжектор, характеризуется ускоряющим направлением электрического поля в рабочем канале для частиц того сорта, который генерирует этот инжектор. 6. Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что ускорительный блок выполнен таким образом, что оси рабочих каналов ускорительных блоков одноканальных линейных индукционных ускорителей являются параллельными и, следовательно, нигде не пересекаются. 7. Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что ускорительный блок выполнен таким образом, что оси рабочих каналов ускорительных блоков одноканальных линейных индукционных ускорителей не являются параллельными и пересекаются в одной точке. 8. Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что ускорительный блок выполнен таким образом, что оси рабочих каналов ускорительных блоков одноканальных линейных индукционных ускорителей не являются параллельными и не пересекаются. 9. Многоканальный линейный индукционный ускоритель заряженных частиц по п. 1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что ускорительный блок выполнен таким образом, что оси рабочих каналов ускорительных блоков одноканальных линейных индукционных ускорителей не являются параллельными, причем разные оси пересекаются в разных точках.