Линейный ускоритель ионов Советский патент 1987 года по МПК H05H9/04 

1 Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано при создании линейных резонансных ускорителей-ионов. Целью изобретения является умен шение линейных размеров ускорителя что позволяет уменьшить массогабаритные- параметры ускорителя., На фиг. 1 и 2 приведено схематическое изображение линейного ускорителя ионов. Резонатор представляет собой двухпроводную экранированную линию состоящую из внутренних проводников 1,2, образованных трупами, и внешне го проводника, образованного трубой 3. Проводники 1 и 2 соединены диском 4 и крепятся к внешней трубе че рез изолятор 5. устранения вторично-электронного разряда на проводники 1 и 2 подается напряжение смещения минус 4 кВ. Ускоряющие зазоры образованы дрейфовыми трубками, крепление которых к проводника резонатора выполнено в виде труб, что позволяет увеличить радиус закругления торцов дрейфовых трубок и следовательно, электрическую прочность ускорителя. Ось первого проводника 1, образующего начальный участок ускорения, смещена от оси внешнего проводника 3 на 0,6 радиуса внешнего проводника в сторону источника ионов 6, а ось второго пр водника 2 - в противоположную стор ну на 0,3 радиуса внешнего проводни ка. Диаметр проводника 1 в два раза больше диаметра проводника 2. Дрейфовые трубки 7. - 10, образую щие начальный участок ускорения, и трубки 11 - 14, образующие промежуточный участок ускорения, соосны. Дрейфовые трубки 15-18 образуют конечный участок ускорения, их ось перпендикулярна оси дрейфовых: трубок 7,8 - 13, 14. Дрейфовые трубки 8,10 и несущая их труба 19 окружены проводящим экраном 20, присоединенным к проводнику 3. В плоскости дрейфовых трубок расположена магнитная система, образованная тремя поворотными магнитами 21, 22 и 23 и двумя сильфонными узлами 24 и 25. Работу устройства рассмотрим на примере линейного ускорителя ионов И энергией инжекции 70 кэВ/заряд, энергия ионов в поворотной магнитной системе W 642 6 МэВ/заряд, конечная энергия он JO-МэВ/зар-яд, диаметр резонатора 1 м. Продольная и поперечная устойчивость обеспечивается самим ускоряюш : полем, используя принцип фазопеременной фокусировки. Ускоритель работает следующим образом. Инжектируемые в ускоритель ионы ускоряются в зазорах, образованных дрейфовыми трубками, и попадают в тракт разводки пучка. Длина ускоряющих зазоров, образованных электродом 1, выбирается так, чтобы угол пролета первого зазора был близок к ТГ . При меньшей длине зазора снижается величина ускоряющего напряжения (следовательно, и темп ускорения) , а при большей уменьшается количество частиц, захватываемых в режим ускорения. По мере прохождения ускоряющих зазоров скорость частиц увеличивается.и для сохранения раftвенства Ь„ --- (L - период ускорения; В--- , Х - длина волны) С длины дрейфовых трубок увеличиваются, что приводит к уменьшению темпа ускорения в оконечной части ускорителя. Для сохранения.темпа ускорения необходимо увеличить напряжение на ускоряющих зазорах проводника 2 (соответственно увеличив их длину), что выполняется, если укорачивающая емкость первого электрода больше, чем укорачивающая емкость второго электрода. В рассматриваемой конструкции соотношениеобеспечивается экраном 20 и равно1,8 (подстраивается изменением высоты и диаметра экрана) . Ноль высокочастотного напряжения на изоляторе- крепления проводников 1 и 2 к проводнику 3 обеспечивается противофазным возбуждением и равенством токов в проводниках. Дпя равенства токов (при равной длине проводников) необходимо, чтобы отношение волновых сопротивлений проводников было обратно пропорционально отношению укорачивающих емкостей,что обеспечивается асимметричным выполнением проводников. Ось дрейфовых трубок конечного участка смещена от оси внешнего проводника на расстояние 0,3; его радиуса, что позволяет эффективно повторно использовать диаметр резонатора для ускорения ионов.

3п

в резонаторе с предлагаемой ассимметрией в конструкции проводников двухпроводной экранированной линии увеличивается напряжение в зазорах оконечных периодов ускорения, что в рассмотренном примере, при сохранении козффциента захвата в режиме ускорения, позволяет увеличить знергию ионов на 2 МэВ/заряд (в 1,5 раза) при прохождении основного тракта ускорения по сравнению с симметричной конструкцией. Применение до60644

полнительного участка ускорения позволяет увеличить энергию ускоренных ионов.в рассмотренном примере на 4 МзВ/заряд без дополнительных затрат на ускоряющую систему. Предлагаемое крепление внутренних проводников к внешнему позволяет снизить высокочастотную нагрузку узла смещения, увеличить напряжение на ускоряющих зазорах, упростить конструкцию и увеличить надежность ускорителя.

ЪТИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ, содержащий четвертьволновый коаксиальный резонатор, образованный противофазно возбуждаемой двухпроводной экранированной линией, нагруженной трубкамидрейфа, поочередно присоединенными к внешнему и внутреннему проводниками резонатора, системы высоковольтного и высокочастотного питания, инжектор ионов, источник питания для подавления вторично-электронного разряда, подключенный к проводникам резонатора, поворотную магнитную систему, отличающийся .тем, что, с целью уменьшениялиней- . ных размеров ускорителя, внутренние проводники резонатора расположены асимметрично относительно оси внешнего проводника, при этом ось первого внутреннего проводника, формирующего начальный участок ускорения, смещена от оси внешнего проводника в сторону инжектора ионов на расстояние 0,5 - 0,7 радиуса внешнего проводника, а ось второго внутреннего проводника, формирующего промежуточный и конечный участки ускорения, смещена в противоположную сторону на 0,1 - 0,4 радиуса внешнего электрода, а отношение диаметров первого и второго внутренних проводников удовлетворяет выражению 1,5 - 2,5, причем поворотная магнитная система выполнена с регулируемой длиной тракта и расположена в плоскости дрейфовых трубок, при этом ее вход соединен с выходом промежуточного участка ускорения, а выход - с входом оконечного участка ускорения. 2.Линейный ускоритель ионов по п.1,отличающийся тем,что (Л дрейфовые трубки конечного участка ускорения присоединены к второму внутреннему и внешнему электродам так, что -их продольная ось перпендикулярна оси дрейфовых трубок проме- жуточного участка ускорения. 3.Линейный ускоритель ионов по П.1, отличающимися тем, 00 Од что трубки дрейфа, присоединенные к первому внутреннему проводнику, о окружены проводящим экраном, соединенным с внешним проводником резонатора. 4.Линейный ускоритель ионов по П.1, отличающийся тем, что с одной стороны торцы внутренних проводников соединены диском, который прикреплен к внешнему проводнику через изолятор на короткозамкнутом конце резонатора.

фие.1

фиг. 2