Изохронный циклотрон Советский патент 1989 года по МПК H05H13/00 

Изохронный циклотрон работает следующим образом.

Н ионы извлекаются положительной полуволной электрического поля дуан- та из источника 3 и, двигаясь по траектории 6, рбходят источник 2, ускоряются за счет высокочастотного напряжения на дуанте до конечной энергии, например 40 МэВ, достигая перезаряд- ю ной мишени 4, которая представляет собой пленку из графита или углеродо- содержащего материала толщиной 2 - 5 мкм и протяженностью вдоль радиуса несколько миллиметро в.15

Пройдя такой слой углерода все Н ионы за одно прохождение теряют оба электрона и превращаются в протоны, которые отклоняются магнитным полем циклотрона и направляются в 20 канал 8 внешнего пучка.

Протоны извлекаются отрицательной полуволной электрического поля дуанта из источника 2 и, двигаясь по траектории 7, обходят источник 3 25 и также ускоряются до энергии 40 мэВ. Достигнув перезарядной мишени 4, пучок протонов проходит ее без изменения заряда При величине высокочастотного напряжения на дуанте 40 - зо 50 кВ протоны проходят перезарядную мишень в течение 2-3 об. Ионизационные потери протонного пучка составляют 5-15 кэВ за одно прохождение

радиусов орбит ионов на первом и втором полуоборотах, тс

,е. J r

где

V2W1-AE

r.j-ар

V 2W1-AE ор

----- ,

W,, W,j - кинетическая энергия

ионов на первом И втором полуоборотах, эВ; е и Едр- заряд, К и энергия покоя, эВ, протона; А - атомный вес иона; ftd магнитное поле в центре

циклотрона, Тло После некоторых преобразований получим

л 2АЕор. eVR4(V2Pr)

е/Зо

где V

- ускоряющее напряжение на дуанте. Во

Для циклотрона У-120М при ускорении протонов и Н ионов ( Va кВ; р, 1,7 Тл) 0,78 см„

В существугацих в изохронных циклотронах ионных источниках с накаленным катодом, создающих пучки протонов и Н ионов, диаметр разрядной камеры в медианной плоскости не превышает 10-12 ммо

Изобретение относится к ycKoptr- . тельной технике. Цель - повьппение КПД, Существо изобретения заключается во введении в центральную часть цикло1 Изобретение относится к области ускорителей заряженных частиц, в частности к ускорению и изохронном циклотроне протонов, дейтонов, отрицательных ионов различных элементов до энергий в несколько десятков МэВ Цель изобретения - повышение КПД изохронного циклотрона, одновременного ускорения и вывода положительных и отрицательных ионов одного и того же элемента На чертеже схематично изображена ускоряющая система циклотрона, поперечное сечение. трона дополнительного источника ионов противоположного знака заряда по отношению к ионам из основного источника. При этом оба источника располагаются на одинаковом расстоя ши от центра, сдвинуты по азимуту относительно: друг друга на 180° и повернуты по азимуту на угол с arcsin 1,25 , где W к - максимальная энергия ускоряемых положительных и отрицательных ионов, зВ; максимальный набор энергии ионами за один оборот, эВ; А. к Z - соответственно приведенная атомная масса и заряд ускоряемых ионов. Кроме того, центральной части кромки дуанта при- g дана S-образная форма. Такое конструктивное выполнение циклотрона позволяет в нем одновременно ускорять положительные и отрицательные ионы, например протоны и ионы Н , что по- вьшает КПД ускорителя почти в два раза. 1 ил. Система включает мишень и электростатический дефлектор для вывода обоих пучков положительных и отрицательных ионов, дуант 1, центральная часть кромки которого имеет S-образ- ную форму, два источника 2 и 3 ионов соответственно для протонов и для Н ионов В области вывода установлены перезарядная мишень 4 и электростатический дефлектор 5, отрицательные ионы и протоны, двигаясь соответственно по траектории 6 и 7, выводятся из циклотрона через выводные каналы 8 и 9. сл 4ib ел ч 00

мишени, а многократное рассеяние протонов в мишени в течение 2-3 обо приводит к увеличению амплитуд свободных колебаний протонного пучка не ..более, чем на 10%.

Таким образом, пучок протонов проходит перезарядную миш1внь, лишь незначительно изменяя свои характеристики, и при дальнейшем ускорении достигает электростатического дефлектора 5. С помощью дефлектора приИзохронньш циклотрон, содержащий магнитную систему, ускоряющую систему, включающую дуант и ионный источник, и систему вывода, включающую электростатический дефлектор, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения КПД циклотрона путем одновременного ускорения и вывода двух пучков противоположно заряженных йог нов одного и того же элемента при макмерно 50-70/J протонного пучка выво-„

„ псимальнои энергии обоих пучков, в

дится во второй канал 9 внешнего пуч-„

„центральной части циклотрона дополка. Для обеспечения обхода на пер-„ „

„нительно установлен второй ионньи исвом полуобороте разрядной камеры вто- сп„

BUM iivjjiy j f f I f su ТОЧНИК, расположенный на таком же

расстоянии от центра магнита, что и основной источник, но сдвинутый по

рого источника ионами, выходящими из разрядной камеры первого источника и наоборот, необходимо, чтобы радиус разрядной камеры не превьш1ал некоторого значения, которое определяется характерными параметрами изохронного циклотрона. Как видно из чертежа, радиус разрядной камеры каждого из источников не должен превьшгать разность

азимуту относительно него на 180 , при этом оба источника повернуты по 55 азимуту на угол с/ , выбранный из условия

0 arcsin 1,25-10 -t

WK

А- 4W

Мвкс

35

40

45

Формула изобретения

Изохронньш циклотрон, содержащий магнитную систему, ускоряющую систему, включающую дуант и ионный источник, и систему вывода, включающую электростатический дефлектор, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения КПД циклотрона путем одновременного ускорения и вывода двух пучков противоположно заряженных йог нов одного и того же элемента при ма„

азимуту относительно него на 180 , при этом оба источника повернуты по 55 азимуту на угол с/ , выбранный из условия

arcsin 1,25-10 -t

WK

А- 4W

Мвкс

5U57180

- максимальная энергия уско- pHRMfcix положительных и отрицательных ионов, эВ; максимальный набор энергии ионами за один оборот, эВ;

- приведенная атомная масса и заряд ускоряемых ионов соответственно, а централь- IQ ная часть кромки дуанта выполнена (имеет) S-образную форму, при этом поперечный размер каждого из источников меньше разности радиусов орбит ионов на первом и втором полуоборотах, а на конечном радиусе циклотрона перед электрическим дефлектором установлена перезарядная мишень.