Способ ускорения пучка заряженных частиц Советский патент 1984 года по МПК H05H13/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения сильноточных релятивистских пучков или интенсивных электронных колец для коллективного ускорения ионов.

По основному авт. св. № 876046 известен способ ускорения пучка заряженных частицS, основанный на возбуждении переменного во времени ведущего магнитного поля, включении СВЧ-поля при минимальном значении ведущего магнитного поля с одновре- менной инжекцией порции заряженных частиц в центральную область ведущего магнитного полязи последующим ускорением порции частиц в циклотронном режиме до выведения их на релятивистскую орбиту на восходящем участке ведущего магнитного поля, которое формируют периодическим во времени с отличной от нуля постоянной составляющей 5 и после выведения порции частиц на релятивист скую орбиту выключают СВЧ-поле на спадающем участке ведущего магнитного поля, выводят пучок на промежуточную релятивистскую орбиту с радиусом, большим радиуса первоначальной релятивистской орбиты, при достижении ведущим магнитным полем минимального значения вновь включают СВЧ-поле, одновременно инжектируют в центральную область ведущего магнитного поля новую порцию заряженных частиц, ускоряют эту порцию частиц до релятивистской энергии на восходящем участке ведущего , магнитного поля с одновременным захватом в ускорение придьщущей порции частиц с промежуточной орбиты, я после вьгаедения суммарной порции частиц на первоначальную релятивистскую орбиту на восходящем участке ведущего магнитного поля периодически повторяют всю последовательность вьшеуказанных операций« Однако функциональные возможности этого способа недостаточно широки, так как накоп-пение частиц необходимо вести при весьма высоких значениях амплитуды импульса ведущего магнитного поля и при малом, ,менее полупериода, времени, отводимом для обеспечения затухания бетатронных колебаний пучка от радиационного трения, которое необходимо для полного захвата пучка с промежуточной орбиты.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет увеличения диапазонов рабочих режимов. 5 . Поставленная цель достигается тем, что по предложенному способу в течение каждого периодически повторяющегося цикла производят одно дополнительное выключение и одно

o дополнительное включение СВЧ-поля на спадающем участке ведущего магнитного поля, при этом промежуток времени между дополнительным выключением и включением СВЧ-поля выбирают большим времени затухания бетатронных колебаний пучка заряженных частиц.

На фиг. 1 показана схема расположения орбит электронных пучков в

0 процессе накопления/ на фиг. 2 эпюры изменения суммарного магнитного ведущего поля В по- времени, СВЧ-поля и импульсов тока заряженных частиц J .

5 На фигурах приняты следующие обозначения: граница 1 областей ведущего 5 и ускоряющего В полей, траектория 2 пучка до выхода на релятивистскую орбиту, релятивистсQ кая орбита 3, промежуточная релятивистская орбита 4 и источник 5 заряж нных частиц.

Вектор поля В перпендикулярен плоскости чертежа на фиг. 1, а вектор поля Е параллелен этой плоскости.

Способ осуществляют следующим , образом.

Ведущее магнитное -поле В формируют в соленоиде путем одновременного возбуждения постоянного и переменного затухающего магнитных полей. Затухание импульсного магнитного поля есть следствие активных потерь энергии при возбуждении поля генератором тока, действующим на принципе разряда конденсаторной батареи на индуктивность электромагнита ведущего поля ускорителя. При минимальном значении .суммарного ведущего поля 8 в момент времени i возбуждают СВЧ-поле, например, волны типа Нц с помощью СБЧ-генератора. Одновременно с включением СВЧ-поля 5 инжектируют из источника 5 заряженных частиц порцию заряженных частиц с током Л в центральную область веgjnnero магнитного поля. Ускоряют -эту порцию в циклотронном режиме на восходящем участке первого полупери да ведущего поля по траектории 2 д релятивистской энергии, которой соответствует релятивистская орбита 3. Пучок срхраняется на этой орбите до окончания процесса затухания импульсного магнитного поля и далее при поле, соответствующем величине 6 . После затухания импульсного ведущего магнитного поля в момент ij включают СВЧ-поле. При времени vj этом может быть оставлено высокочастотное напряжение небольшой ампл туды . необходимое только для компенса ции потерь энергии Пучка от синхротронного излучения. Спустя время, меньшее, чем время жизни при данном вакууме первой порций частиц, вьшеденной на релятивистскую орбиту с энергией, соответствую щей постоянному ведущему магнитному полю, ускоряет следующую порцию частиц, незахваченную при первоц включении СВЧ-поля. Этот процесс начинается с включения СВЧ-поля в момент времени t . Далее в момент времени i4 СВЧ-поле отключают и вьгоодят пучок путем дальнейшего уменьшения суммарного ведущего поля от величины В до & на промежуточную орбиту 4, радиус которой больше радиуса орбиты 3. При значении индукции магнитного поля 6 в момент времени -tj- вновь включают СВЧ-поле и одновременно включают источник заряженных частиц, т.е. инжектируют .в центральную область новую порцию заряженных частиц. Ускоряют эту пор цию до релятивистских энергий на восходящем участке первого полупериода суммарного ведущего магнитно.го поля, при этом одновременно захватьшают в ускорение предыдущую порцию частиц с промежуточной орбиты 4. В этом процессе новый ускоряемый пучок движется от центра к орбите 3 по разворачивающейся спирали 2 , а предыдущий накопленный пучок; движется к орбите 3 по сворачивающей ся спирали по направлению от орбиты 4. Когда новьй и уже накопленный пусок попадают на орбиту 3, они далее двигаются вместе, так как накх)Пленный пучок захватывается в- режим ускорения высокой частотой. После выведения суммарной порции частиц на орбиту 3 пучок сохраняется на ней в течение всего времени затухания импульсного ведущего поля. После затухания импульсного ведущего поля опять отключают СВЧ-поле в момент времени ig . Спустя время, меньшее времени жизни накопленного пучка, вновь включают СВЧ-поле в момент времени ij и вы слючают его в момент времени tg , повторяя весь цикл операций по переводу суммарной порции частиц на промежуточную орбиту 4 на спадающем участке магнитного поля с последующим привлечени- : ем третьей и Т.Д. порщт частиц; Таким образом, циклы могут повто- ряться в количестве, определяемом ограничением на интенсивность накот ленного пучка.. При этом весь процесс осуществля ется при работе возбуяздающего ведущее магнитное поле генерат фа тока в режиме периодически затухающих ; циклов, что расширяет функциональные возможности способа.

СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ПУЧКА ., . ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ по авт. св. СССР № 876046, отличающийся тем, что, с целью расширения за счет увеличения диапазонов рабочих режимов функциональных возможностей способа, в течение каждого периодически повтЬряющегося цикла произвЬдят одно дополнительное выключение и одно дополнительное включение СВЧ-поля на спадающем участке ведущего магнитно о поля, при этом промежуток времени между дополнительным выключением и включением СВЧ-по ля больше времени затухания бетЛтронных колебаний пучка заряженных частиц. g иг.1

иг.2