Циклический ускоритель заряженных частиц Советский патент 1984 года по МПК H05H13/00 

Изобре.тение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке ускорителей, которые используются в качестве источников синхротронного излучения в об ласти вакуумного ультрафиолета. Известен хщклический ускоритель заряженных частиц , содержащий электромагнит, ускоряющую систему, вакуумную систему, инжектор. Ввиду того,что электромагнит содержит железный, сердечник, известный ускоритель представляет собой крупногабаритное и дорогостоящее сооружение, что и является его основным недостат ком. Прототипом данного изобретения является циклический ускоритель заряженных частиц 2 J, содержапщй одно витковый соленоид с разрезом, выполненный в виде аксиально-симметричног высокочастотного резонатора с рабочи типом колебаний Н ц, , на цилиндрической стенке которого расположен подкл ченньш к генератору через линию связи узел возбзгждения. В известном устройство использует ся безжелезный электромагнит, внутре няя полость которого является одновр менно ускоряющим высокочастотным резонатором. Резонатор с помощью узла возбуждения возбуждается на волне Ускорение происходит внутри электромагнита в скрещенных- электрическом высокочастотном и ведущем маг нитном ПОЛЯХ. Орбита представляет собой разворачивающуюся из центра спираль, выходящую на постоянный радиус. Число частиц, захваченных в ус корение, определяется величиной усре ненного за оборот электрического поля на орбите. Использование безжелез ногв электромагнита позволяет получить большие напряженности ведущего магнитного поля, и, следовательно, большие энергии частиц при малом радиусе орбиты. При этих условиях синхронное излучение частиц достаточно интенсивно, чтобы его можно бьшо использовать в практических целях. Ввиду того, что ускорение происходит в электрическом поле стоячей волны Н II, , во время цикла ускорения существуют моменты времени, в течекие которых ускоряющее поле, дей.ствующее на частицу, равно нулю. Это приводит к снижению усредненного за оборот электрического поля, действую щего на частицу, по сравнению с амплитудным на орбите. Таким образом, мощность питающего высокочастотного генератора используется недостаточно эффективно, что снижает КПД устройства, и является его недостатком. Целью данного изобретения является повышение КПД устройства путем увеличения эффективности взаимодействия ускоряемых частиц с высокочастотным полем. Поставленная цель достигается тем, что в циклический ускоритель заряженных частиц, содержащий одновитковьй соленоид с разрезом, выполненный в виде аксиально-симметричного высокочастотного резонатора с рабочим типом колебаний Ч,,, , на цилиндрической стенке которого расположен подключенный к генератору через линию связи узел возбуждения, введены дополнительный узел возбуждения и линия связи его с генератором, а также набор диэлектрических прокладок с раз личными значениями диэлектрической проницаемости, при этом дополнительный узел возбуждения расположен на цилиндрической стенке резонатора и сдвинут по азимуту на 90° от первого узла возбуждения в сторону, противоположную разрезу, электрическая длина его линии связи на целое число и од- ну четверть длин волн генератора больше электрической длины линии связи первого узла возбуждения, набор диэлектрических прокладок установлен в разрезе соленоида, а ближайшая к внутренней поверхности резонатора прокладка удалена от нее вглубь разреза соленоида на четверть волны гене ратора.. На фиг. 1 показано поперечное сечение устройства на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Устройство содержит выполняемый в виде резонатора одновитковый соленоид 1, два узла 2 и 3 возбуждения, подсоединенных к генератору 4 через . линии 5 и 6 связи. Узел 3 возбужд ния сдвинут по азимуту в отношении к первому узлу на 90 в сторону, противостоящую разре.зу. Щель, образуемая разрезом соленоида, заполнена набором диэлектрических пластин 7. Устройство работает следующим образом. Узел 3 также как и узел 2 возбуждает в резонаторе колебания типа Нщ.

однако вектор электрического поля в центре резонатора этих колебаний перпендикулярен вектору электрического поля колебаний, возбуждаемых с помощью узла 2. Ввиду разности электри17 -

ческих длин линий связи на - + 2лп, где .п - целое число, колебания, возбуждаемые узлом 3, будут отставать по фазе от колебаний,.возбуждаемых узлом 2 также на --+ 2Яп. Суперпозиция полей создает поле с вращающейся поляризахщей, при которой вектор электрического поля в резонаторе вращается в том же направлении, что и заряженные частицы. Усредненное за оборот электрическое поле, действующее на частицу, будет в У раз больше, чем в случае возбуждения одним узлом 2 при той же мощности генератора.

Ввиду того, что резонатор -является одновременно и одновитковым соленоиДом, резонатор разрезан по образующей. Этот разрез не будет служить препятствием для протекания тока ВЧ по внутренней поверхности резонатора только в случае возбуждения колебаний с поляризацией, при которой вектор электрического поля, проходящий чере центр резонатора, лежит в плоскости

Y/////y////.

У////Л

разреза. Для любой другой поляризации этот разрез является препятствием для протекания высокочастотного тока. Чтобы устранить влияние разреза, его свободная от прокладок глубина делается равной 1/4, где А - длина волны возбуждаемых в резонаторе колебаний, и на этом расстоянии в щель, образуемую разрезом,вставляются диэлектрические пластины, с различными значениями Диэлектрической прони цаемости Необходимо, чтобы диэлектрические проницаемости пластин -и Ej отличались друг от друга. Такая система пластин являетс я эквивалентом проводника в высокочастотном резонаторе. Входное сопротивление длинной линии, образуемой между поверхностями разреза, в этом случае равно нулю, т.е. возможно возбуждение колебаний в резонаторе с любой поляризацией.

Таким образом, использование в ускорителе дополнительного узла возбуждени с линией связи соответств ощей длины и многослойного диэле грика позволяет снизить мощность, потребляемую ускорителем при неизменной интенсивности пучка, т.е. повышает КПД устройства по сравнению с прототипом.

/

j

lY/XX

ЦИКЛИЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСтац, содержащий одновитковый соленоид с разрезом, выполненный в виде аксиально-симметричного высокочастотного резонатора с рабочим типом колебаний Н i , на цилиндрической стенке которого располо жен подключенный к генератору через линию связи узел возбуждения, о т ли чающийся тем, что, с цель повышения КПД устройства путем увеличения эффективности взаимодействия ускоряемых частиц с высокочастотным полем, в устройство введены дополнительный узел возбуждения и линия связи его с генератором, а также набор диэлектрических прокладок с чередующимися значениями диэлектрической проницаемости, при этом дополнительный узел возбуждения расположен на цилиндрической стенке резонатора и сдвинут по азимуту на 90° от первого узла возбуждения.в сторону, противоположную разрезу, электрическая длина его линии связи на целое число и одну четверть длин волн линии связи больше электрической длины линии связи первого узла возбуждения, набор диэлектрических прокладок установлен в разрезе солено ида и ближайшая к внутренней поверхности резонатора прокладка удалена от нее ;вглубь. разреза соленоида на четверть длины волны генератора.