Секционированная магнитная система для циклических ускорителей частиц Советский патент 1958 года по МПК H05H13/00 

Изобретение относится к секционированным магнитным системам для циклических ускорителей, служащих для ускорения заряженных частиц при осуществлении ядерных реакций, исследования структуры атомных ядер, генерировании микрорадиоволн и других подобного рода ценней.

В известных магнитных системах для ускорителей траектории заряженных частиц имеют вид развертывающихся спиралей, а так как ускоряющий элемент должен охватывать все витки траектории, то это вынуждает применять для ускорения частиц систему сложных дуантов и затрачивать большую мощность для их питания.

Необходимость оставлять большие зазоры между дуантами и стенками вакуумной камеры вынуждает увеличивать объем, занимаемый магнитным полем и откачиваемый высоковакуумными насосами, но не используемый для движения частиц, и увеличивать вес электромагнита и мощность его питания.

Магнитные системы для микротронного способа ускорения частиц не обеспечивают магнитной фокусировки, что служит основной причиной ограничения достигаемой энергии и интенсивности пульсирующих потоков ускоренных электронов. Кроме того, при этом значительное количество ускоренных частиц теряется при выводе их из ускорителя.

Цель изобретения заключается в улучщении электрических характеристик секционированной магнитной системы циклических ускорителей частиц, повышении энергии и интенсивности пучков ускоренных частиц и облегчении их вывода из ускорителя.

Это достигается обеспечением устойчивости движения заряженных частиц по соприкасающимся на некотором участке траекториям, что, в свою очередь, достигается выполнением секций магнитной системы так, чтобы соприкосновение траекторий происходило на расположенном между

№ 111988

секциями и свободном от магнитного поля участке траектории, в котором расположен ускоряющий элемент.

Применение предлагаемой магнитной системы позволяет заменить дуанты небольшим ускоряющим элементом, расположенным вне магнитного ноля, и значительно уменьшить зазор между полюсами электромагнита, регулировать энергию пучка в широком диапазоне без изменения напряженности магнитного поля и без перестройки радиочистоты.

Согласно изобретению, магнитная система состоит из нескольких магнитных секторов с одинаковой или различной напряженностью магнитных полей, близких к однородным. В промежутках между секторами магнитное поле отсутствует или имеет небольшую напряженность, по сравнению с напряженностью поля в секторах. В одном из промежутков между секторами в точке, через которую проходят все траектории заряженных частиц, расположен ускоряющий элемент. В остальных промежутках располагается измерительная аппаратура и выводное устройство. На чертеже изображена принципиальная схема одного из возможных вариантов предлагаемой секционированной магнитной системы (с магнитным полем одинаковой напряженности).

Ускоряемые частицы движутся по замкнутым траекториям, представляющим комбинацию прямолинейных участков и дуг окружности.

ВВ - линия соприкосновения траекторий; Оь 02 - центры кривизны траекторий; г - радиус кривизны траектории; А - ускоряющий элемент; прямые линии ВС, DG, EJ, JG,JG, Е J , DG, В С определяют границы магнитных секторов. Траектория частицы представляет собой совокупность овальных замкнутых кривых (на чертеже изображена одна из таких траекторий).

При каждом прохождении через ускоряющий элемент А энергия частицы возрастает, и частица переходит с меньшей на большую овальную траекторию.

Устойчивость движения частиц обеспечивается действием краевых магнитных полей в точках входа и выхода частиц из магнитных секторов. Частоты вертикальных и горизонтальных бетатронных колебаний частиц зависят от угла поворота Oj, орбит в первом и четвертом секторе, от угла наклона f границы второго сектора к линии симметрии магнитной системы, от длины прямолинейного промежутка ВВ, от длины интервала BG между точками пересечения продолжений границ ВС и DO магнитных секторов с границей /G параллельной линии симметрии, а также от регулируемых углов, которые используются для управления вертикальной и горизонтальной фокусировкой частиц. Область устойчивости движения частиц определяется условием

|С08|л,, где г 2тг ; р. 2тс l ;

О) - угловая частота обращения частиц, и - угловая частота горизонтальных бетатронных колебаний, ш - угловая частота вертикальных бетатронных колебаний.

Периметр траектории определяется по формуле

(ОШ

В случае L О обеспечивается зависимость вида Т Е const между периодом обращения Г и полной энергией Е частиц, что позволяет использовать описываемую магнитную систему в циклотроне и в микротроне. При введении определенной зависимости величин f,- к К от Е обеспечивается постоянство периода обращения ионов до больших энергий, несмотря на релятивистское возрастание их массы.

Вывод ускоренных частиц с любой траектории производится при помощи выводного устройства, перемещающегося вдоль границы одного из магнитных секторов. При использовании в качестве выводного устройства экранирующего магнитного канала, перемещающегося вдоль границы ВС, длина / участка экранируемого поля определяется по формуле

где fj - угол поворота траекторий в первом магнитном секторе, - угол наклона границы второго сектора к линии симметрии магнитной системы, г - радиус кривизны орбиты.

Для магнитной системы, состоящей из трех секторов с одинаковыми значениями напряженности магнитного поля, выполняются соотношения.

ср JLllll.; /r tg-pi-tg ; .

предмет изобретения

Секционированная магнитная система для циклических ускорителей частиц, создающая постоянное во времени магнитное поле, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения устойчивости движения частиц по соприкасающимся на некотором участке траекториям, секции магнитной системы выполнены асимметричной формы так, чтобы соприкосновение траекторий происходило на расположенном между секциями и свободном .от магнитного поля участке, в котором расположен ускоряющий элемент.

№ 111988

/ /

/ (, + )