Резонансная ускоряющая система Советский патент 1986 года по МПК H05H9/02 

2.Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что электромагнитные ЛНН9Ы вьтолнены с переменным по их толщине показателем преломления.

3.Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что отражатели вьтолнены анизотропно-проводявщми, причем

проводимость их максимальна вдоль их образующих;

4. Система по п.1, о т л и.ч а ющ а я с я тем, что в него введен дополнительный отражатель, который выполнен в виде тела вращения и расположен соосно с первыми двумя внутри них и в центре промежутка между ними.

1. РЕЗОНАНСНАЯ УСКОРЯЮЩАЯ СИСТЕМА, содержащая открытый резонатору выполк гнный в виде двух соосно раЕположенвых отражателей, которые .изолированы друг от друга и имеют форму усеченных конусов, обращённых друг к другу большими основаниями, д также подключенную к отражателям систему СВЧ-питания, содержащую два генератора с различными рабочими частотами, о тли ч а ю щ а я с я т€М, ч-Го, С целью повьппения темпа ускорейиЛ заряженных частиц, в устройство введены электромагнитные линзы с анизотропной проводимостью, которые вьтолнены в виде Тел вращения и расположены на обращенной к оси поверхности отражателей, при этом каадый из двух ге«€раторов выполнен с возможностью модуляции рабочей частоты.

Изобретение относится к ускоритель ной технике и может быть использовано для коллективного ускорения ионов Известна ускоряющая резонансная система, содержащая объемный резонатор и расположенные внутри него трубки дрейфа. В результате возбуяадения стоячей волны в объемном резонаторе в зазорах между трубками дрейфа создается переменное во вреМения Злектрическое поЛе, которое ускоряет ионы Недостатком известной системы является ограничение напряженности ускордющего поля, определяемое поверхностными явлениями пробоя, что, в свою очередь, приводит к ограничению /величины темпа ускорения. Известна резонансная ускоряющая система, содержащая открытый резонатор, выполненный в виде двух соосно расположенных отражателей, которые изолированы друг от друга и. имеют форму усеченных конусов, обращенных друг к другу болыцими основаниями, . а также подключенную к отражателям систему СВЧ-питания, содержащую два генератора с различными рабочими час тотами.. При работе известной системы в .от крыток резонаторе возбуясдается стоячая волна, имеющая большое число вариаций в плоскости, перпендикулярной оси отражателей. Это позволяет созда явть в расположенной вблизи оси устрбйства области«взаимодействия с пуч ком Наряженных; частиц напряженность высокочастотного электромагнитного Поляj значительно превьппающую напряяенность поля на поверхности отражателей, .что обеспечивает эффективно взаимодействие поля стоячей волны с эар жекными частицами. Недостатком известного устройства примеиит.ельно к ускорителям является недостаточно высокий темп ускорения, несмотря HJa большой удерживаемый пространственный заряд частиц. Это обусловлено тем, что интенсивное высоко- частотное поле открытого резонатора непригодно Для эффективного длительного ускорения заряженных частиц, так как создаваемые полем резонатора высокочастотные потенциальные ямы (высокочастотные ловушки), в которых локализуются сгустки зарядов. Движутся равномерно, а не ускоренно, что приводит к быстрой потере синхронизма поля и частиц при их ускорении. Цель изобретения - повышение темпа ускорения заряженных частиц. Поставленная цель достигается тем, что в резонансной ускоряющей системе, содержащей открытый резонатор, вьшолненный в )9иде двух соосно расположенных отражателей, которые изолированы друг от друга и имеют форму усеченных (Конусов, обращенных друг к другу большими основаниями, а также 1 одклю-ченную к отражателям систему СВЧ-п - тания, содержащую два генератора с .различными рабочими частотами, введены электромагнитные линзы с анизотропной проводимостью, которые выполнены в виде тел вращения и расположены на обращенной к оси поверхности отражателей при этом каждый из двух генераторов вьшолйен с возможностью модуляции рабочей частоты. Поставленная цель достигается также тем, что электромагнитные линзы выполнены с переменном по их толщине показателем преломления. Поставленная цель достигается так-. fie тем, что отражатели вьтолчены ани|эотропно-проводй1Цими, причем проводи мость их максимальна вдоль их образу Поставленная цель достигается так же тем, что в систему введен дополни тельный отражат лА, который вьтолнен в виде тела вращения, и расположен с осно с первыми двумя внутри них и в центре промежутка между ними. На фигИ изображена предлагаемая система} на фиг,2 спектр частот и цикл модуляции частотно-модулированно го генератора СВЧ-электромагнитных волн. Система содержит инжектор 1, резонансяу систему в виде открытого резонатора с отражателями 2, 3 и линзами 4, возбуждагогаую систему 5, соленоид 6, электроды 7 и источник 8 постоянного или квазистатического напряжения. Система работает следукэгдим образом Отражатели 2 и линзы 4 с осью вра щения Z образуют открытый резонатор. Основные параметры резонатора - ширина этих отражателей 2 и линз 4, равная 2 Ь, расстояние R отражагелей 2 до оси вращения, их средний радиус и средняя длина волны Я связаны соотношением R t b 5 Tig , которое обеспечива ет в центральной зоне резонатора на оси Z длиной и диаметром - ,/2 возникновение интенсивного поля с амплитудой Е E -i 27R/%7 Е , с одественно превышающей поле ЕП -к 0 Ъ/м у поверхности отражателей 2, 3., Ширина отражателей 2 и линз 4 соответству ет первой зоне Френеля, Ь -« где L 3R - расстояние меж,цу поверхностями отражателей 2. Это обеспечива ет высокую добротность для основных мод цилиндрического типа Е и подав ление высших поперечных мод. Анизотропия проводимости всех отражателей с преимущественной проводимостью по образукщим отражателей сделана для подавления волн типа ТЕ. Для создания высокочастотных полей, которые на оси вращения в центральной зоне резонатора высокочастотные потенциальные ямы, высокочастотные ловушки, движущиеся с монотонным нарастанием скорости, например постоянньм ускорением, возбуждающая система 5, выполненная в виде двух част0тно-мо- 5 дулированных генераторов возбуждает в резонаторе множество цилиндрических волн типа Е, с разными частотами 1 4 : ; 98 всех гармоник волнои одинаковым для вым числом По оси г.ВследствИ этого требуемые углы наклона к оси Z itApuff альных плоских волн различны: для бо лее коротких воля углы больше. В 6ткрытьк |)езонаторах прототипа с обычными отражателями этого условия добиться невозможно, поэтому для обеспй.чения нормального падения парциальных волн на поверхности отражателей 2 к поверхностям этих отражателей, обращенным к оси вращения, примыкают согласующие линзы 4 с показателем преломления от личньм от единищл, JtaHSU могут быть как многослойными и состоять из однородных слоев, так и однослойными с непрерывным измерением показателя преломления. Отражатель 3 имеет также вид тела вращения, например бочкообразного резонатора, и устраняет потери при частичном отражении волн от входа в линзы 4 (см. ход лучей на фиг.1). Два частотно-модулированных генератора СВЧ-электромагнитных волн, из которых состоит вопб ткдающая система 5, образуют частотно-модулированный сигнал, рЛэность мгновенных частот которого a),(t) Wg{t) модулируется по периодическому закону, например по пилообразному, (см. фиг.2) . .Частота модуляции кратна интервалу между резонансными частотами открытого резонатора, а девиация частоты пропорциональна приросту скорости ускорения движущихся высокочастотных ловушек, которые периодически ускоряются и замедляются. Пучок электронов и ионов от инжектора 1, иаяодясцийся в продольном фокусирующем магнитном поле соленоида 6, входнгт , в зону интенсивного высокочастотного поля с малой скоростью, равной начальной скорости высокочастотных ловушек, и распадается, на сгустки, которые захватываются этими высокочастотными ловушками и ускоряются ими на отрезке длиной 2Ь по оси Z, Распад электронного пучка на сгустки в высоочастотных потенциальных ямах вы- . сокочастотных ловушках, приводит к оявлению сильного продольного куло овского ПОЛЯ, которое обеспечивает держание и ускорение положительных онов. Высокочастотная мощность для . скорения сгустков заимствуется от озбуждающей системы 5. С целью умемЬёния потребления высокочастотной ощности от возбуждающей системы 5

.описанная резонансная система может бь1ть помещена между электродами, которые подключены к источнику 8 статического или квазиетатического напряжения. Уменьшение потребляемой высокочастотной мощности дЬ:тигается следующим образом. Электронные сгустки, находя1191еся в высбкочастотных ловушках, при воздействии постоянного или Лвазистатического внептего электричасКогр поля, совершают когерентные , колебания в высокочастотньгх: ловушках по оси Z Совокупность сгустков дает две волны когерентного тормозного излучения в направлении на отражатели 2. Таким образом, энергия от квазистатического поля преобргзу5 ется посредством когерентных колебаний сгустков в энергию высокочастртJHoro поля.

I Первоначальное возбуждение резойянсной системь от системы 5 возбуеде10 ния не обязательно, так как в резоН ансной системе под действием электронного пучка возможно самовозбуждение высокочастотного ПОЛИ, Таким образом предлагаемая система может

15 работать в авторезонансном режиме.