Изобретение относится к оборудованию, применяемому при осуществлении ядерных реакций и при исследованиях структуры атомных ядер и элементарных частиц.
Известные кольцевые ускорители позволяют производить, ускорение частиц лишь какого-нибудь одного определенного типа. Например, в синхротроне производится ускорение элек-тронов, а в синхрофазотроне-ускорение протонов.
Особенностьюпредлагаемых
кольцевых ускорителей и их преимуществом, по сравнению с известными, является возможность одновременного или поочередного ускорения электронов и протонов (либо других заряженных частиц с отличающимися массами или зарядами) . Известный ускоритель, предназначенный для -получения больших энергий частиц, представляет собой гигантскую дорогостоящую установку. Поэтому возможность одновременного или поочередного получения на нем ускоренных частиц, различных видов устраняет необходимость строительства нескольких ускорителей для различных типов частиц. Другой особенностью предлагаемых кольцевых
ускорителей является возможность использования столкновения встречных пучков, одновременно ускоряемых в ускорителе такого типа, что позволяет резко повысить эффективную энергию частиц.
В предлагаемом кольцевом ускорителе инжектируемые одновременно или в различные моменты времени заряженные частицы разных типов многократно проходят через ускоряющие элементы, при этом энергия частиц разных типов увеличивается по заданным законам. После достижения нужной энергии производится вывод частиц из ускорителя (причем частицы разных типов могут быть выведены одновременно либо в различные моменты времени) или же столкновение встречных пучков частиц в ускорителе. Ускоритель состоит из кольцевого электромагнита, вакуумной камеры, предварительных ускорителей-инжекторов, вводных и выводных устройств, ускоряющих элементов и системы питания.
При работе в режиме поочередного ускорения различных типов частиц предварительный ускоритель-инжектор, ускоряющие элементы и выводное устройство, предназначенные для инжектирования, ускорения и вывода частиц одного типа, включаются поочередно с предварительным ускорителем-инжектором, ускоряющими элементами и выводным устройством, предназначенными для частиц другого типа. При таком режиме работы ускоритель дает попеременно импульс (или серию импульсов) ускоренных частиц другого типа, после чего весь цикл повторяется снова.
При работе в режиме одновременного ускорения различных типов частиц включены и независимо работают элементы ускорителя, предназначенные для инжектирования, ускорения и вывода частиц различных типов. При этом в начальный период ускорения, пока энергия частиц не превьипает нескольких миллиардов электроновольт (МЭВ), одновременная )абота . ускоряюш;их элементов возможна ввиду различия частот обращения частиц различных типов. В. дальнейшем, после достижения частицами бодьщих энергий, различие частот обращения уменьщается, и устранение взаимного возмущающего . влияния ускоряющих элементов, предназначенных для ускорения частиц одного типа частицами другого типа, обеспечивается при помощи следующих средств.
В ускорителях со слабой фокусировкой, предназначенных для получения энергии частиц до нескольких .тысяч МЭВ, для устранения взаимного возмущающего влияния ускоряющих элементов применяется пространственное разделение орбит путем соответствующего разделения предельных резонансных частот. При разнице частот в к процентов, амплитуда максимального радиального возмуп1;ения частиц первого типа равна величине
л„ ./,100 eV.,
- Пк . Е Л;::-ЛООR -равновесный радиус для частиц первого типа; Е -полная энергия частиц первого типа; е-заряд частицы; Уз-суммарное напряжение на ускоряющих элементах, предназначенных для ускорепия частиц второго типа; О); и o,j -соответственно угловые частоты обращения частиц первого и второго ти-пов,
п-показатель магнитного поля. В ускорителях с сильной фокусировкой и кольцевых фазотронах, а также в ускорителях любого типа, предназначенных для получения более высоких энергий, чем энергии в ускорителях со слабой фокусировкой, когда применение пространственного разделения орбит недостаточно для устранения возмущающего влияния ускоряющих элементов, применяется ускорение частиц бегущими электромагнитными волнами или же для ускорения частиц более, легкого типа (например, электронов) используется система из двух или нескольких резонаторов, расположенных в различных прямолинейных промежутках ускорителя и имеющих специально подобранные регулируемые сдвиги фаз. При использовании системы из двух резонаторов возбуждаемых напряжениями с -одинаковыми амплитудами, равными ,
на частоте обращения с регулируемым сдвигом фаз (р, где
II
Too
2 V
(к-относительная разность частот), расположенных в двух смежных прямолинейных промежутках рейстрек.а, т. е. на расстоянии
е один от другого по азимуту, ускоряющее воздействие на частицы, обращающиеся с циклической частотой ш., эквивалентно действию одного резонатора с аплитудой Vi. В то же время возмущающее влияние этой системы резонаторов на
частицы, обращающиеся в противоположном направлении с угловой частотой u)j, становится практически несущественным.
Возмущающим воздействием системы- резонаторов можно управлять не только при помощи изменения сдвига фаз, но также и путем изменения амплитуды на одном или нескольких резонаторах ускоряющей системы.
Для резкого повыщения эффективной энергии частиц в ускорителях производится столкновение встречных пучков разнородных частиц, обращающихся в ускорителе. Совмещение орбит встречных пучков осуществляется в заданные моменты времени при помощи частотного модулятора, обеспечивающего необходимое небольшое изменение
частоты, приводящее к смещению орбит пучков.
Предмет изобретения
Кольцевой ускоритель заряженных частиц, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в нем, с целью осуществления одновременного или поочередного ускорения электронов и протонов или других видов частиц с различными массами и зарядами, а также с целью возможности осуилествления столкновения встречных пучков ускоряемых частиц для повыщения их эффективной энергии, ускоритель снабжен раздельными инжекторами и раздельными ускоряющимирадиочастотными
элементами для каждого типа частиц, имеющих раздельные орбиты, и устройством для совмещения орбит.
