Криволинейный канал транспортировки пучков заряженных частиц Советский патент 1989 года по МПК H05H7/00 H05H13/10 

Изобретениё относится к- области ускорительной техники, в частности к проектированию и конструированию циклических ускорителей и криволинейных транспортных каналов с использованием верт псального заворачивающего и продольного фокусирующего магнитных полей.

Изобретение может быть использовано при создании криволинейных транспортных каналов для интенсивных пучков заряженных частиц с малыми апертурами .

Цель изобретения - уменьшение мас- согабаритных характеристик магнитов

за счет увеличения ахроматизма и уменьшения когерентных поперечных отклонений пучка, а в случае слабого тока пучка - уменьше1-шя как когерентных, так и некогерентных поперечных отклонений.

На чертеже схематически изображен канал транспортировки.

Блоки 1 и 2 представляют собой участки заворачивающих магнитов, в которых направления индукции продольного фокусирующего магнитного поля противоположны. Направления идцух- ции показаны стрелками.

31450720

Работу устройства удобно пояснить следующим образом.

Уравнения движения центра инерции пучка в транспортном канале с продольным фокусирующим и вертикальным заворачивающим магнитными палями

нения (1) описьшают движение частиц пучка.

имеют следующий вид:

.

ds

0;

d ds UE

+Кх О;

const.

Здесь X, у - поперечные отклонения центра инерции пучка от оси канала; Z - продольное отклонение от

Систему уравнений движения (1), справедливую на участке траектории, лежащей во внутренней части магнита, (Где продольное фокусирующее поле однородно, следует дополнить уравнения- /|ч 10 ми, описьшающими движение частиц на стыках соленоидов в области неоднородного продольного поля. Применяемый обычно простейший способ моделирования неоднородности поля - аппроксима- 15 ция его скачкообразным изменением величины индукции поля от нулевого значения вне соленоида до значения Вр внутри соленоида Проведенньй в такой модели расчет динамики частиц в критоящем из периодически повторяющихся пар магнитов с одинаковыми по величин- не, но противоположными по направлению индукциями продольного фокусируюположения равновесной частицы, кото- 20 волинейном транспортном канале, сос- рая движется по оси канала с ( 8 - длина дуги по оси канала, выбранная в качестве независимой перемен- ной| К 1/R - кривизна канала; Rрадиус кривизны; , v - скорость 25 щего показ1шает, что множите, пучка; с - скорость света,

ы кЧ1-п)-ш,;

(,(2)

п - показатель спада поперечного заворачивающего магнитного поля; 5i -еВд/ у|5те ; В - фокусирующее магнитное поле; m и е - масса покоя и заряд частиц; - релятивисткий фактор; 4Е/Е - относительное отклонение средней энергии частиц от равновесно- , а поперечных скоростей dx/ds и dy/ds- го значения Е. Параметры (c: лэ полностью определяются собственными полями пучка, отраженными от стеиок

вакуумной камеры и полюсов заворачи- 2 л;.;У (5)

вающих магнитов. В случае слаботочного, пучка эти параметры пренебрежимо малы. В отсутствие ускорения коэффициенты системы линейных дифференциальных уравнений (1) остаются постоописьшающие зависимости поперечных отклонений X и у пучка на выходе из канала от начального разброса по энергиям (ДЕ/Ео)пропорциональны ве- 30 личине

г PduL

1 яяяяеаяш

2

sin

sin

u(jJ L

(А)

величине

sin

40

sin

Л(оЬ

где. L - длина каждого магнита; :AU)(u)p-Wjc)/v, для случая слаботоч- ; но го пучка 4uj(ui,-ajj)/v; Р - число

периодов канала, и в общем случае янными. Данная система уравнений опи- 45 они не равны нулю, т.е. канал не об- сьшает когерентное колебательное дви- ладает ахроматическими свойствами, жение частиц; поперечные колебания Изобретение представляет собой

криволинейный транспортный канал в вертикальном заворачивающем магнит- 50 ном поле, содержащий участки равной ДЛИНЫ-с продсшьным магнитным полем одинаковой величины, направления индукции которого попарно противоположны иа соседних участках, причем обпроисходят с двумя частотами w и , равными, например, в случае симметричной фокусировки (

ic°v(|(); Sc-(, (3)

нения (1) описьшают движение частиц пучка.

тоящем из периодически повторяющихся пар магнитов с одинаковыми по величин- не, но противоположными по направлению индукциями продольного фокусируюволинейном транспортном канале, сос-

щего показ1шает, что множите,

щего показ1шает, что множите,

а поперечных скоростей dx/ds и dy/ds-

описьшающие зависимости поперечных отклонений X и у пучка на выходе из канала от начального разброса по энергиям (ДЕ/Ео)пропорциональны ве- личине

г PduL

1 яяяяеаяш

2

sin

sin

u(jJ L

(А)

а попереч

величине

оростей d

sin

2 л;.;У (5)

sin

Л(оЬ

где. L - длина каждого магнита; :AU)(u)p-Wjc)/v, для случая слаботоч- ; но го пучка 4uj(ui,-ajj)/v; Р - число

Изобретение относится к области ускорительной техники. Криволинейный канал транспортировки пучков заряженных частиц в вертикальном заворачивающем магнитном поле содержит участки равной длины с продольным магнитным полем одинаковой величины, количество которых кратно четырем, а длина L каждого участка выбрана согласно выражению: L=φ^.V(2K+1)/(Ω_1C - Ω_2C), где Ω_1C и Ω_2C - частоты когерентных поперечных колебаний пучка

V - скорость пучка

K= 0,1,2... - ЦЕЛОЕ НЕОТРИЦАТЕЛЬНОЕ ЧИСЛО. НАпРАВлЕНия иНдуКции учАСТКОВ пОпАРНО пРОТиВОпОлОжНы HA СОСЕдНиХ учАСТКАХ. ПРи РАбОТЕ уСТРОйСТВА B пРОцЕССЕ ТРАНСпОРТиРОВКи пучКА пРОиСХОдиТ пОлНАя КОМпЕНСАция КОгЕРЕНТНОгО дРЕйфА пучКА HA учАСТКАХ C пРОТиВОпОлОжНыМи НАпРАВлЕНияМи иНдуКции пРОдОльНОгО пОля. ПРи ТРАНСпОРТиРОВКЕ СлАбОТОчНОгО пучКА пРОиСХОдиТ КОМпЕНСАция KAK КОгЕРЕНТНОгО, TAK и НЕКОгЕРЕНТНОгО дРЕйфОВ чАСТиц. УМЕНьшАюТСя MACCO-гАбАРиТНыЕ ХАРАКТЕРиСТиКи МАгНиТОВ зА СчЕТ уВЕличЕНия АХРОМАТизМА и уМЕНьшЕНия КОгЕРЕНТНыХ пОпЕРЕчНыХ ОТКлОНЕНий пучКА. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

ее щее число участков сделано кратным При слабом токе пучка частоты почетырем, а длина каждого участка вы рана согласно выражению

перечных колебаний ы,также опи- сьшаются формулами (2, 3) в которых нужно положить ьь сх сц 0 уравщее число участков сделано кратным

четырем, а длина каждого участка выбрана согласно выражению

, 1, 2,... - целое неотрица- тельное число, В случае слаботочного пучка величина L выбрана соглас- но выражению

(2к.1).

При работе устройства в процессе транспортировки пучка через такой криволинейный канал происходит полная компенсация когерентного дрейфа пучка на участках с противоположными направлениями индукции продольного поля. При транспортировке слаботочного пучка происходит компенсация, как когерентного, так и некогерентного дрейфов частиц. Математически это выражается в том, что величина

±k,|(,

так что знаменатель в выражениях (4) и (5) становится по абсолютной величине равньм единице,.а числитель при четном числе периодов структуры (когда общее число участков кратно четырем) обращается в ноль. В идеале такой канал транспортировки является полностью ахроматическим.

Таким образом, удается существенно уменьшить благодаря ахроматизму когерентные поперечные отклонения частиц пучка (в слаботочном пучке - также и некогерентные поперечные отклонения ) и, как следствие, снизить диаметр вакуумной камеры и размеры, массу и стоимость заворачивающих магнитов и фокусирующих соленоидов.

4507206

Формула изобретения

L-S;frl-- .

где L - длина участка (н); w и u) частоты когерентных поперечных коле- 25 баний пучка.(1/с)| v - скорость пучка (м/с);. К О, 1, 2,.,. - целое неотрицательное число.

35 (2К.1),

где xi)j и ooj- частоты поперечных колебаний частиц (1/с).