Ускоряющая система линейного ускорителя со стоячей волной Советский патент 1988 года по МПК H05H9/04 

I1

j Изобретение относится к ускори- тельной технике и может быть использовано в качестве ускоряющей системы, предназначенной для получения потоков сфокусированных ускоренных частиц и высокоэнергетичных )f-луче

Цель изобретения - повьппение величины ускоряемого тока заряженных частиц, что позволяет повысить зф- :фективность ускорителя и расширить область его применения. ; На фиг. 1 изображена ускорякицая система линейного ускорителя со стоячей волной, позволякицая в режиме |работы без применения внешних фоку- (сирующих устройств увеличить знаЧе- ;ние ускоряемого тока заряженных ча- 1стиц; на фиг. 2 - разрез А-А на |фиг, 1J на фиг. 3 - разрез Б-Б на :фиг. 1.

i Система содержит последовательно |и поочередно расположенные на одной i оси ускоряющие ячейки в виде цилинд ;рических профилированных ускоряющих :резонаторов 1 и ячейки связи в виде цилиндрических непрофилированных резонаторов 2 связи, связанные с помощью азимутальных щелей 3 связи, кроме того, одна из промежуточных ускоряющих ячеек вьтолнена в виде :трех соосно расположенных цилиндри- ческих резонаторов, крайние из которых резонаторы 4, возбуждаются на рабочей частоте на виде колебаний , а фокусирующий центральны резонатор 5 - на виде колебаний Н°,, и снабжена двумя призматическими резонторами С. При этом крайние резонаторы

связаны с цилиндрическими непрофилиро ванными резонаторами 2 связи с помощью азимутальных щелей 7, помимо этого, с помощью щелей 8 связи в своих боковых стенках они связаны с призматическими резонаторами 6 связи, которые, в свою очередь, через щели 9 связи, находящиеся вблизи боковой стенки призматического резонатора и ориентированные параллельно оси системы, связаны с центральным цилиндрическим фокусирующим резонатором 5. Для проводки пучка заряженных частиц в центре торцовых стенок все находящихся на оси системы резонаторов имеются цилиндрические пролетные отверстия 10,. причем в фокусирующем резонаторе 5 вокруг одного пролетног отверстия имеется коническая пролетная трубка 11.

0

5

0

Система работает следующим образом.

Внутренние диаметры цилиндрических профилированных ускоряющих резонаторов 1, цилиндрических непрофилированных резонаторов 2 связи, индуктивно связанных между собой через щели 3 связи, имеют такие геометрические размеры, что в них на рабочей частоте возбуждается колебание вида ЕО,О. Возбуждение осуществляется через узел ввода ВЧ-мощности, присоединенный к одной из ускоряющих ячеек тдк, чтобы направление силовых линий магнитного поля в резонаторе 1 в районе окна связи совпадало с направлением силовых линий магнитного поля в районе окна связи со стороны подводящего волновода, причем вся система возбуждается на виде

колебаний -. Каждьй ускоряющий ре5

0

5

5

д щгос

зо.натор 1 возбуждается в противофа- зе по отношению к соседним ускоряющим резонаторам 1. ВЧ-поле в ячейках связи очень мало по величине. Б данной системе в зависимости от требований радиальной динамики ускоряемых электронов можно между двумя любыми цилиндрическими непрофилированными резонаторами 2 связи разместить резонаторную систему, выполняющую как функцию ускорения, так и функцию фокусировки пучка заряженных частиц. Эта резонаторная система включает в себя пять отдельных резонаторов : два цилиндрических ускоряюрезонатора 4 с видом колебаний ( . Связь между резонаторами 4 и резонаторами 2 связи осуществляется с помощью азимутальных щелей 7 связи, в свою очередь, ускоряющие резонаторы 4 через щели 8 связи в своих боковых стенках связаны с призматическими резонаторами 6 связи. Выбор геометрических размеров призматических резонаторов 6 связи обеспечивает возбуждение в них на рабочей частоте вида колебаний Н . Эти резонаторы 6 связи, в свою очередь, связаны с помощью прямоугольных щелей 9 связи в своих основаниях вблизи боковых стенок с фокусирующим ци- линдрическим резонатором 5, геометрические размеры которого обусловливают его возбуждение на рабочей ча-

0

щгос

стоте на виде колебаний Н

011

Этот

31

вид колебаний характеризуется очень высокой собственной добротностью резонатора на этом виде, которая на практике составляет десятки тысяч и может доходить до 1о . Распределение в резонаторе высокочастотного магнитного поля полностью соответствует распределению магнитного поля в тонкой магнитной линзе и аналогично распределению магнитного поля на оси короткого соленоида. Аксиально-симметричное магнитное поле производит фокусирующее действие на проходящий параллельный пучок электронов. Механизм фокусировки сво- дится к следующему: в такой системе присуствует радиальное магнитное поле, которое, взаимодействуя с продольной скоростью заряженных частиц, приводит к вращению электронов по азимуту. После появления азимутально скорости от взаимодействия этой скорсти и продольного магнитного поля появляется движение в радиальном напра

влении, причем радиальная сила всегда направлена к оси независимо от первоначального направления магнитного поля в резонаторе 5, В центре торцовых стенок резонаторов выполнены цилиндрические пролетные отверстия 10, служащие для проводки пучка заряженных частиц. В фокусирующем резонаторе 5 по ходу пучка на выходе из резонаторов вокруг пролетного отверстия 10 вьшолнена коническая пролетная трубка 11, служащая для достижения максимального фокусирующего воздействия на проходящие электройы. Она необходима для экранировки ВЧ-поля, когда оно изменяет направление во время пролета электронов через фокусирующий резонатор 5, так как направление магнитного поля сохраняется постоянным только половину периода высокочастотного колебания. В данном случае при скоростях электронов, близких

0

25

5

0

0

35

40

45

к скорости света ( ), возможно фокусирующее воздействие на всю область начальных фаз влета электронов в ускоряющие резонаторы 1, при которых частицы ускоряются, так как в этом случае происходит как бы совмещение двух систем фокусировки, возникающих в результате того, что тонкая магнитная линза обладает фокусирующим действием независимо от направления магнитного поля. Таким образом, даже при смене направления силовых линий магнитного поля резонатор 5 в определенном фазовом интервале начальных фаз влета оказывает фокусирующее воздействие. Если ускоряющее напряжение в ускоряющих резонаторах 1 и 4 меняется по закону косинуса, то диапазон начальных фаз влета в ускоряющие резонаторы 1 и 4, при которых электроны ускоряются и фокусируются, составляет- и +27к 1|о 0+ jfZirK, где К О, 1, 2,... При этом довольно просто обеспечить максимальное фокусирующее воздействие на электроны, влетакяцие в фазе, соответствующей максимальному набору энергии.

В такой системе воздействие фокусирующего поля достаточно велико из- за большой величины собственной добротности фокусирующего резонатора на виде колебаний Н о,, и вследствие того, что электроны в пролетном канале взаимодействуют с максимальной величиной магнитного поля в резонаторе. Наряду с увеличением в два раза и более диапазона начальных фаз влета электронов в ускоряющие резонаторы, при которых происходит как ускорение, так и фокусировка заряженных частиц, более чем в два раза увеличивается захват частиц в процессе ускорения и в результате более чем на 100% увеличивается значение тока ускоряемых частиц.

Л ,

-aJ 869

5 I ;1LA у pjzgfcszzpnaE

- nf fff f ff f f f

,,.TA,..,

. л f f i fM I:fJл7 /

1. Т 3 1 21

тН

10

2i 3 Z id

5-5

в

d.

n

(pas. 5