Способ смещения пучка частиц в циклическом ускорителе и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H05H7/12 

2, Устройство для смещения пучка частиц в циклическом ускорителе, содержащее бетатронный тороидальный сердечник с обмоткой, охватывающий камеру ускорителя, и подключенный к обмотке источника генератор импульсов напряжения, отличающееся тем, что введен второй бетатронный тороидальный сердечник с обмоткой, идентичный первому, и смещенный относительно него в направлении хода пучка на расстояние.

равное половине длины волны радиальных бетатронных колебаний, при этом оба сердечника подключены к генератору импульсов напряжения через линии задержки, и длина линии задержки второго сердечника выбрана большей длины линии задержки первого сердечника на величину, равную произведению времени пролета частиц пучка расстояния от первого сердечника до второго на скорость передачи сигнала по линии.

1, Способ смещения пучка частиц в циклическом ускорителе, включающий изменение энергии частиц пучка в вихревом электрическом поле, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь пучка за счет зт еньшения амплитуды когерентных радиальных бетатронных колебаний пучка, возбуждающихся в процессе его смещения, изменение энергии частиц пучка выполняют дважды за оборот на равные величины энергии в двух точках орбиты ускорителя, отстоящих друг от друга на половину длины волны радиальных бетатронных колебаний. С со со а ел

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть исполь зовано при разработке устройств ввода и вывода для циклических ускорителей, а также в накопителях частиц. Известен способ, включающий инжекцию частиц в нарастающее во времени магнитное поле бетатрона. Согласно данному способу электроны инжектируются с внутреннего радиуса в азимутально-симметричное постоянн магнитное поле, спадающее по радиусу, при этом энергия электронов возрастает под воздействием вихревого электрического поля, возбуждаемого дентральньм сердечником, и в результате электррны двигаются по раскручивающимся спиральным траекториям, заполняя весь объем ij. Недостатком способа является ограниченная область применения, так как он может быть применен только в системах с аксиально-симметричньм полем. Наиболее близким техническим решением является способ смещения пуч ка частиц в циклическом ускорителе, включающий изменение энергии частиц пучка в вихревом электрическом поле 2. Недостатком известного способа является возбуждение Когерентных радиальных колебаний пучка с больш амплитудой, сопровождающее процесс инжекции. Известно также устройство для смещения Пучка частиц в циклическом ускорителе, содержащее бетатронный тороидальный сердечник с обмоткой, охватывающий камеру ускорителя, и подключенный к обмотке источника генератор импульсов напряжения. Магнит синхротрона разбит на четыре сектора, разделенные прямолинейными промежутками, причем магнитное поле спадает по радиусу. В одном из прямолинейньгх промежутков размещен бетатронный тороидальный сердечник накопления. Электронный пучок вводится в камеру с внешнего радиуса с помощью инфлектора, размещенного в одном из ..рямолинейных промежутков. Условия ввода таковы, что равновесная орбита инжектируемых электронов близка к ножу инфлектора, в силу чего амплитуда начальных радиальных ,, бетатронных колебаний мала. Вследствие разности частот обращения электронов и радиальных бетатронньос колебаний электроны минуют поле инфлектора в течение нескольких оборотов. С момента ввода в камеру на каждом обороте электроны тормозятся в вихревом электрическом поле бетатронного сердечника накопления, поэтому двигаются по закручивающейся спирали и к концу процесса инжекции отходят от ножа инфлектора, заполняя камеру ускорителя. В результате подачи им{тульсов от генератора возбуждается тормозящее частицы вихревое электрическое поле, которое приводит к / смещению орбиты в процессе инжекций 2. Недостатком известного устройства является большая величина амплитуды когерентных бетатронных радиальных колебаний, возбуждаемых в процессе торможения и смешения. Цель изобретения - уменьшение потерь пучка за счет уменьшения амплитуды когерентных радиальньгх бетатронных колебаний пучка, возбуждающих ся в процессе его смещения. Поставленная цель достигается тем что согласно способу смещения пучка частиц в циклическом ускорителе, включающему изменение энергии частиц пучка в вихревом электрическом поле изменение энергии частиц пучка выполняют дважды за оборот на равные величины энергии в двух точках орбиты ускорителя, отстоящих друг от друга на половину длины волны радиальных бетатронных колебаний. Кроме того, устройство для смещения пучка частиц в циклическом ускорителе, содержащем бетатронный тороидальный сердечник с обмоткой, охватывающий камеру ускорителя, и подключенный к обмотке сердечника генератор импульсов напряжения, введен второй бетатронный тороидальный сердечник с обмоткой, идентичный первом и смещенный относительно него в направлении хода пучка на расстояние, равное половине длины волны радиальных бетатронных колебаний, при этом оба сердечника подключены к генератору импульсов напряжения через линии задержки, и длина линии задерж ки второго сердечника выбрана больше длины линии задержки первого сердечника на величину, равную произведени времени пролета частиц пучка расстоя ния от первого сердечника до второго на скорость передачи сигнала по линии. На чертеже изображена схема устройства для смещения (ввода) частиц в циклическом ускорителе (участок кольца ускорителя развернут в линию; магнитные элементы (отклоняющие и фокусирующие), размещенные между сер дечниками, не показаны; равновесные орбиты показаны пунктирньми линиями траектории частиц - сплошной линией со стрелкой). Устройство содержит инфлектор 1, кабель 2 и источник 3 питания инфлектора, два одинаковых тороидальных бетатронных сердечника 4 и 5 накопления, их кабели 6 и 7 питания и источник 8 питания. Инфлектор выполнен S виде двух металлических пластин, образующих плоский 1 54 конденсатор. В качестве кабелей питания использованы коаксиальные кабели. Источники питания - генераторы импульсного напряжения прямоугольной формы. Источник питания сердечников имеет два одинаковых выхода. Сердечники накопления подобны индукторам линейного индукционного ускорителя. Одновитковые обмотки сердечников подключены с помощью кабелей одной марки к источнику питания, причем . кабель 7 питания второго (по ходу пуч ка) сердечника 5 длиннее кабеля 6 первого сердечника 4, разность их длин равна О - р ч где Д - длина волны радиальных бетатронных колебаний; VQ - скорость распространения электрического сигнала по кабелю питания; Vg - скорость частиц. Сердечники размещены на вакуумной камере ускорителя, охватывают камеру, расстояние между сердечниками равно половине длины волны радиальных бетатронных колебаний. Инфлектор расположен максимально близко к первому сердечнику. При реализации предлагаемого способа подаются импульсы напряжения на инфлектор и сердечники. На осях сердечников возбуждаются прямоугольные импульсы вихревого электрического поля одинаковой формы и амплитуды, причем импульс поля второго сердечника запаздывает относительно импульса первого сердечника на время / /(2Vj) . Эти условия обеспечиваются идентичностью сердечников, использованием одного генератора импульсов для их питания и введением соответствующей задержки между сердечниками, В тот момент, когда импульс напряжения на инфлекторе и импульс поля первого сердечника выходят на плато, от внешнего источника вводятся частицы, причем ось пучка в данный момент находится на своей равновесной орбите радиуса PQ вблизи ножа инфлектора. Частицы сразу же тормозятся в поле первого серника и спустя половину периода радиальных бетатронных колебаний повторно тормозятся в поле первого сер1

ечника и спустя половину периода радиальных бетатронных колебаний повторно тормозятся в поле второго сердечника на одинаковые величины энергии ДТ. После пербого торможениА равновесная орбита скачком смещается на величину uf ближе к центру кольца, а после второго - происходит повторное смещение к центру на f равновесной орбиты. В конце оборота частицы подходят к инфлектору, наодясь на равновесной орбите радиуса р -24j .При калвдом последующем обороте пучок параллельно смещается к центру кольца на величину 2Др, заполняя весь полезный объем вакуумной камеры ускорителя. В конце цикЛа накопление (во время спада импульсов

1оля в сердечниках) величины Смещений ду орбит для обоих сердечников уменьшаются до нуля так, что накопленный .пучок на заключительной стаии накопление не возмущается. Это обеспечено введением соответствующей задержки в цепи питания сердечника.

9965

Преимущество изобретения обусловлено тем, что после второго торможения частицы , находясь на новой равновесной орбите р -л , име5 ют не только соответствующую этой орбите энергию, но и нулевую радиальную скорость, что делает их дальнейшее движение бесколебательным, если отсутствует начальный разброс

5 по энергиям перед инжекцией. Как показывает анализ процесса смещения пучка, пара бетатронных сердечников не влияет на параметры колебаний, обусловленных начальным энергетиче5 ским разбросом, в результате чего предлагаемые способ w устройство, в отличие от известного, не увеличивают амплитуду бетатронных колебаний в процессе смещения.

Предлагаемые способ и устройство пригодны как для ввода, так и для вывода частрщ, так как во втором случае в поле двух индукторов достаточно осуществить не торможение, а дополнГИ-ельное ускорение частиц.