Способ монохромотизации пучка высокочастотного ускорителя и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H05H7/04 

Изобретение относится к ускорительной технике, а более конкретно, к способам формирования пучка- в линейных ускорителях,, и может быть использовано для монохроматизации пучка с временной структурой, имеющего энергетический разброс.

Известен способ монохроматизации пучка высокочастотного ускорителя, включающий дегруппировку пучка поперечным магнитным полем и его последующую монохроматизацию высокочастотным электрическим полем.

СО О

Согласно известному способу, для

со to дегруппировки используется неизохронная система формирования пучка, кото;рая состоит из трех поворотных магнитов, радиус и угол поворота которых подобраны с учетом того, чтобы система была бездисперсиоиной, и двух квадрупольных линз, обеспечивающих фокусировку пучка в обеих поперечных плоскостях.

Монохроматор представляет собой высокочастотную секцию, фаза и ам- 3 плитуда высокочастотньсх колебаний в которой подобраны так, чтобы частицы со средней энергией не изменяли своей энергии, а частицы с большей энергией тормозились. Однозначная связь между фазой и энергией дости.гается зависимостью длины траектори частиц в системе поворотных магнито с поперечным магнитным полем от эне гии частиц. Недостатком этого способа монохроматизации является то, что пучок смещается с оси ускорителя и не мо жет быть использован для дальнейшег ускорения. Наиболее близким по технической сущности является способ монохроматизации пучка высокочастотного уско рителя, включающий дегруппировку пучка на выходе из ускорителя и последующее уменьшение его энергетического разброса в продольном высок частотном электрическом поле. Согласно известному способу, дегруппировка пучка осуществляется в свободном от полей прямолинейном дрейфовом промежутке, за счет чего .обеспечивается однозначная связь ме ду положением (фазой) частицы и ее энергией. Монохроматизация (выравни вание энергий) .осуществляется в высокочастотных секциях с бегущей или стоячей высокочастотной волно.й. Уменьшение энергетического разброса определяется возможностью растяжени первоначально сгруппированного пучка по фазам, т.е. дегруппирующими свойствами системы. Недостатком известного способа является чрезмерно большая протяжен ность области монохроматизации, т.к для релятивистских электронных и ионных пучков длина зоны дегруппиро ки может составлять сотни метров. Известно также и устройство для монохроматизации пучка высокочастот ного ускорителя, содержащее неизохромную систему из трех поворотных магнитов и высокочастотный монохроматор. Недостатком известного устройства является необходимое сцепле ние пучка с осью ускорителя. Известно и второе устройство, содержаЕ1;ее дегруппироватеочь и распо ложенный за ним высокочастотный монохроматор. 24 Недостатком известного устройства является большая величина его продольных размеров. Целью данного изобретения является сокращение протяженности в области монохроматизации пучка без искривления оси транспортировки пучка. Поставленная цель достигается тем, что в способе монохроматизации пучка высокочастотного ускорителя, включающем дегруппировку пучка на выходе из ускорителя и последующее уменьшение его энергетического разброса в продольном высокочастотном электрическом поле, на пучок на участке дегруппировки сначала воздействуют поперечным высокочастотным электрическим полем, а затем - продольным аксиально-симметричным магнитным полем, при этом области воздействия на пучок этих полей пространственно разделены и имеют конечную осевую протяженность. Целью данного изобретения является сокраш.ение продольных размеров устройства без искривления его оси. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем дегруппирователь и расположенный за ним высокочастотньш монохроматор, дегруппирователь вьшолнен в виде высокочастотного дефлектора и расположенного за ним магнитного соленоида, при этом высокочастотный дефлектор, магнитный соленоид и высокочастотньй монохроматор соосны друг с другом. На фиг.1 представлена блок-схема устройства монохроматизации пучка ускорителя, содержащего соединенные друг с другом высокочастотный дефлектор 1, магнитный соленоид 2, высокочастотный монохроматор 3, а также выводные каналы или продолжение ускорителя 4. На фиг.2 представлена зависимость коэффициента монохроматизации пучка от коэффициента растяжения сгустка. Предложенньм способ осуществляется при помощи устройства монохроматизации пучка ускорителя следующим образом. Пучок частиц с временной струк- . турой сначала дегруппируется. Дегруппировка обеспечивается использованием комбинации поперечного высокочастотного электрического поля в дефлекторе и продольного магнитного поля в соленоиде 2. Соленоид и дефлектор соосны с осью ускорителя. В зависи5

мости от энерйгии и местоположения частицы относительно фазы поля i в дефлекторе, частицы приобретают различные радиальные Х и угловые

отклонения X,, (начальное линейное и кI

угловое отклонение X , и XQ .равно нулю).

Хк --g- sinlia,

е 6d Хк ,

гдеЕ - энергия частиц; d - длина дефлектора; - амплитуда поперечного электрического поля в дефлекторе; (у„у- фаза сгустка относительно нуля поля в дефлекторе. Фазовая протяженность первоначального сгустка достаточно мала. Таким образом, на входе соленоида частицы имеют в зависимости от энергии различные радиальноугловые характеристики. Движение частиц в соленоиде 2 существенно неизохронно и зависит от начальных радиально-угловых характеристик. При этом достигается однозначнаясвязь между энергией частицы и ее положением в сгустке. При изменений поля в соленоиде от О до 12ТА. Первоначально ЗО сгусток растянется на 180°. В соосном с осью ускорителе монохроматоре 3 происходит выравнивание энергии частиц соответствующим подбором фазы и амплитуды ускоряющего поля. При этом средняя частица пролетает монохроматор в нулевом ускоряющем поле, частицы с большей энергией тормозятся, с меньшей энергией ускоряются. Уменьшение энергетического разброса зависит от степени дегруппировки первоначального пучка

Растянутый пучок с уменьшенным энергетическим разбросом можно ускорять, не нарушая его энергетического разброса в режиме фазопрременного ускорения, т.е. выбирая фазу инжекции

090326

пучка в ускоряющие секции +, -Cf, (f , ..., при этом темп ускорения составит 70% от номинального. Пучок - с уменьшенным энергетическим спектром легче проводить по каналам транспортировки к мишеням, токопрохождение через которые существенно зависит от энерге.тического разброса.

10 Параметры устройства и режим его работы следует выбирать в общем слугчае из условия достижения максимальной величины коэффициента растягжения пучка К раст., так как при этом, сог15 фиг.2, повьшается и степень монохроматизации, характеризуемая коэффициентом Указанный ко- ,

эффициент Kpgg . вычисляется по формуле

20

1

ДЕ 7s , e6d. 2.

К

sin (| per Ё /Дйфвх В

6Х

,d

i

2 + -z- (5

+ 1)

Е

25

X - длина волны высокочастотгденого поля; &Фе,у- первоначальная фа.

ширина сгустка

Е иДЕ/К - средняя энергия и энерге0тический разброс частиц в сгустке;

d - длина дефлектора; 6 - амплитудное значение поля в дефлекторе;

5

1 расстояние между дефлектЬ- ром и соленоидом; .

Н напряженность магнитного поля соленоида;

S е эффективная длина соленоида;

0 заряд частицы.

Данное изобретение позволит заменить несколько ускорителей одним-бо45- лее простым и дешевым и позволит упростить конструкцию устройства.

/

2

/

1. Способ монохрОматизации пучка высокочастотного ускорителя, включающий дегруппировку пучка на выходе из ускорителя и последующее уменьшение его энергетического разброса в.продольном высокочастотном электрическом поле, отличающийс я тем, что, с целью сокращения протяженности области монохроматиза- gSEOiB tli .: г - НН ,;;,Г.ДгЮТЕКА ции пучка без искривления оси транспортировки пучка, на пучок на участке дегруппировки сначала воздействуют поперечным высокочастотным , , электрическим полем, а затем - продольным аксиально-симметричным магнитным полем, при этом области воздействия на пучок этих полей пространственно разделены и имеют конечную осевую протяженность. 2. Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее дегруппирователь и расположенный за ним высокочастотный монохроматор. Отличающееся тем, что, с целью сокращения продольных размеров устройства без искривления его оси, де(Л группирователь вьлолнен в виде высокочастотного дефлектора и расположенного за ним магнитного соленовда., при этом высокочастотный дефлектор, магнитный соленоид и высокочастотный монохроматор соосны друг с другом.

фиг. 2