Способ отклонения пучка заряженных частиц импульсным магнитным полем Советский патент 1990 года по МПК H05H7/00 

00 ГчЭ

ел

Изобретение относится к ускорительной технике и может бы-ть использовано для импульсного отклонения пучка заряженных частиц. Цель изобретения - уменьшение нестабильности угла отклонения пучка заряженных частиц в импульсном магнитном поле. По предлагаемому способу отклонение пучка осуществляют последовательно в двух импульсных магнитных полях - основном и дополнительном. Причем разряд накопительного конденсатора на обмотку дополнительного электромагнита производят с задержкой во времени, определяемой величиной нестабильности угла отклонения пучка в основном магнитном поле. На фиг. а,в,д - временные диаграммы угла отклонения- пучка в основном магнитном поле; б,г,е- временные диаграммы угла отклонения пучка в дополнительном магнитном поле при отклонении пучка в основном магнитном поле на номинальный, больший и меньший номинального углы соответственно: 1Г/2СО - момент инжекции пучка в отклоняющую систему, 1 с.п. ф-лы, 2 ил. с $

Иэобретение относится к ускорительной технике и мож-гт быть использовано для импульсного отклонения пучка заряженных ч&стиц

Цель изобретения - уменьшение нестабильности угла отклонения пучка заряженных частиц в импульсном маг- нигном поле. .

По предлагаемому способу отклонение пучка осущзствляют последовательно в Двух импульсных магнитных полях - основном и дополнительном. Причем П-8Э

разряд конденсатора на обмотку дополнительного электромагнита производят с задержкой во времени на величину

,+Ъ .

определяемую из соотношений

1

c0 arccos

fr01-eJo

Лбо-вцЛ

SihtoC,

)

где

СО круговая частота собствр н- ных колебаний в цепи разряда каждого из конденсаторов;

00 - требуемый угол отклонения , пучка;

0,0- максимальный угол отклонения пучка в основном магните при отсутствии нестабильности угла отклонения пучка J

9j - максимальный угол отклонения пучка в дополнительном

магните;

п

У, - производная угла отклонения

пучка в основном магните по времени, которую определяют путем измерения производной по времени напряженности магнитного поля в основном магните в начальный момент времени разрядаj 9,0 - значение производной 0,

при отсутствии нестабильности угла отклоненияв На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ . клонения пучка в импульсном магнит- гон поле; на фиг.2 - временные диаг- ;JMMH углов отклонения пучка в основном и дополнительном магнитах„ где а,в,д - временные диаграммы угла отклонения пучка в основном магнитном поле; б,г,е - то же, в дополнительном магнитном поле при отклонении пучка в основном магнитном поле на номинальный, больший и меньший углы соотве.тственно; - момент ин- жекции пучка в отклоняющую систему Высоковольтный выпрямитель 1 через зарядное сопротивление 2 подключен к обкладкам конденсатора 3„ Одна обкладка соединена с коммутатором 4, другая - с землей. Коммутатор 5, управляющий электрод которого связан с первым выходом устройства синхронизации 5, соединен с началом обмотки основного электромагнита о Другой конец обмотки заземлен, высоковольтный выпрямитель 7 через зарядное сопротивление 8 подключен к обкладкам конденсатора 9. Одна обкладка конденсатора 9 соединена с коммутатором4О, другая - с землей. Коммутатор 10, управляющий электрод которого связан с выходом устройства 11 преобразования амплитуды во времени, соединен с началом обмотки дополнитель- кого электромагнита 12. Второй конец бмотки заземлен. Основной и дополни

0

0

5

0

5

тельный электромагниты расположены на ocnt задаваемой траекторией прохождения пучка заряженных частиц 13 и электрически между собой не соединены. Устройство измерения производной напряженности магнитного поля основного электромагнита 14 своим выходом соединено с устройством сравнения 15 и расположено вблизи обмотки основного электромагнита 6, Устройство сравнения 15, имеющее также вход, связанный с выходом устройства 16, ; задающим сигнал, пропорциональный номинальному значению производной угла отклонения пучка в основном электромагните, связано с входом устройства II. Устройство II t имеющее вход or устройства 15, соединено с выходом yci- рсйства 5,

Стабилизация угла отклонения пучка предлагаемым способом осуществляется путем корректировки нестабильное- тей угла отклонения пучка основного магнита с помощью дополнительного магнита, отклоняющего пучок на небольшой угол,порядка нестабпльностей угла отклонения пучка в основном магни- те.Отвысоковольтных выпрямителей 1 я 7 через зарядные сопротивления 2 и 8 заряжаются конденсаторы 3 и 9.. После заряда до требуемой величины от устройства синхронизации 5 на коммутатор 4 подается запускающий импульс. Коммутатор 4 срабатывает, и начинается разряд конденсатора 3 на обмотку основного электромагнита 6. При этом магнитное поле, а следовательно, и угол отклонения пучка в основном магните изменяются по синусоидальному закону с круговой частотой ОЭ и амплитудой угла отклонения У, . Пучок заряженных частиц S3 пропускают через отклоняющий магнит в момент достижения максимума амплитуды на- пряженно,сти магнитного поля в основ- VJCM магните, Устройство 14 в начальный момент времени измеряет производную напряженности магнитного поля основного магнита к в виде электрического сигнала передает1его на устрой ство сравнения 15, В этом устройстве из измеренного сигнала вычитается номинальное значение производной, заранее задаваемое .задатчикома Затек сигнал ошибки поступает на устройство 1, которое преобразует электрический сигнал во временной сигнал за- цержки Ъ о При участии устройства

синхронизации 5 с задержкой Ј0 +Ъ напускающий импульс подается но коммутатор Ю, Коммутатор срабатывает, и начинается разряд конденсатора 9 на обмотку дополнительного электрона - нита 12. При этом угол отклонения пучка в дополнительном магните изменяется по синусоидальному закону с той же круговой частотой СО и амп- литудой угла 92

Рассматривают сначала номинальный режим, когда нестабильности угла отклонения пучка заряженных частиц-отсутствуют. Пусть максимальное эначе- ние угла отклонения пучка в основном магните равно б,й (см,фиг.2а) В этом режиме импульс, производящий запуск коммутатора 10, подается с задержкой Ј таким, чтобы суммарный угол отклонения пучка в обоих магнитах был равен требуемому углу отклонения пучка 00 .

Следовательно

0(о sinQt +9 sinco (t- Ј„) 90,0 где начало отсчета времени выбрано в момент срабатывания коммутатора 4.

В момент пропускания пучка заря- женных частиц через отклоняющие поля

Ј 52 ГГОПЛШШЛТ

получают

0,o + 9tS5n() 80. (2}

(3)

Следовательно

,v б о - б ,0 совало -°-д.

уа Временная диаграмма угла отклонений

пучка в дополнительном магните показана на фиг.26.

Ниже рассматривают каким образом осуществляется стабилизация угла 60 при отклонении величины Q, от номинального значения,Пусть, например,

e,-0,0-fb8. (4) Компенсацию изменения Д б осуществ- ляют путем изменения задержки запуска коммутатора 10, Если , то выбирают дополнительную задержку. & 0 такой величины, чтобы в момент

Ъ

времени тр угол отклонения в дополнительном магните уменьшился на

Л в (см,фиг,2в,г). Условие стаби- лизаци.н, очевидно, имеет.вид

,o+b9 e co3WCCo C). (5)

Посколькуtt «11 то из уравнения (5) имеют п

00-6,0+К8 9гсоь С0с0-81со с 5mWc0 (6) или, учитывая выражение (3)

&9-0,шй sin cot -0(7)

т,е,

со ,

(8)

Q

5 0

5

5

0

о

5

Для определения величины Д0 поступают следующим образом. С помощью измерителя (см.фиг.1) измеряют производную напряженности магнитного поля по времени в основном магните. Это можно сделать, нг.пример, измеряя импульс напряжения на обмотке магнита, которое, как известно, пропорционально производной по времени от напряженности магнитного поля. Зная энергию частиц и длину магнита, можно определить, при помощи измерений производную угла отклонения по времени

(0lo-t-&6 co coscoi, (9) которая в момент времени t 0 равна ,

б, (8,04-Д0)СО. (10) Затем этот сигнал подают на устройство сравнения 15, в котором из го сигнала вычитается номинальное значение производной

,0со.сю

Разность этих величин равна

0;-е;0 лбо(12)

Сравнивая выражения (12) и (8), находят

- 9: 9 °

6Xwas;naЈ0 (13)

Задержку сигнала запуска коммутато- ра ГС на величину t осуществляют с помощью преобразователя амплитуда- время 11. При уменьшении угла.отклонения пучка в основном магните, т.е. U0 С, процесс стабилизации осуществляется аналогичным образом, с той лишь разницей, что Q и С С (см.фиг,2д.е).

Таким образом, в течение каждого , импульса осуществляется стабилизация угла отклонения пучка при помощи магнитного поля дополнительного магнита.

В качестве примера рассматривают стабилизацию угла отклонения пучка заряженных частиц при нестабильности угла отклонения в основном магните +5%. Выбирая, например, to 4-10 ,

0„ 0,1 рад, 0,0 С„С9 рад, 6г 0,02 рпд, получают с помощью выражения (3) tofrj, - 1г , 0 « 25 мкс.

Тогда при нестабильности ±5%, соглас- но выражению (8), Ј ±. 6,6 мкс. Допольительный магнит полностью стабилизирует угол отклонения пучка, Но из-за нестабильности работы реальных устройств 14,15, 11 нестабильность требуемого угла отклонения достигает величины ±0,1+0,2%,

Уменьшение нестабильности угла отклонения достигается в условиях боль

тих i ол.ебаний темп ной работы коммута

зратуры, нестабиль- гора и т.д., что

невозможно при применении известного способа.

Формула из Способ отклонен ных частиц импульс; создаваемым путем чого конденсатора ; магнита, о т л и ч тем, что, с целью

бильности угла отк, женных частиц, отк

обре тения ия пучка заряжеч-пм магнитным полем4 разряда накопитель- ia обмотку электро- а к щ и и с я еньшения нестй- тонения пучка эаря- тонение пуч5;а корректируют с помощью дополнительного импульсного магнитного поля, причем разряд дополнительного конденсатора на обмотку дополнительного электромагнита производят с задержкой во вре- времени на величину Ј„ +t t определяемую иэ dqoTHomeHHft

/вя-8,в

Ј

5 где

Ј

10

15

20

25

-30

f

w во

еш

е,618

времл задержки разряда конденсатора на обмотку дополнительного электромагнита при отсутствии нестабильности угла отклонения пучка в основном электромагните, с;

дополнительная временная задержка, связанная с нестабильностью угла отклонения пучка в основном магните, с;

круговая частота собственных колебаний в цепи разряда каждого из конденсаторов, рад/сj

требуемый угол отклонения пучка, рад;

максимальный угол отклонения пучка в основном магните при отсутствии неста бильности угла отклонения пучка, рад;

максимальный угол отклоне - ния пучка в дополнительном магните, рад; производная угла отклонения пучка в основном магните по времени, которую определяют путем измерения. производной по времени на пряженности магнитного поля в основном магните в начальной момент времени раэ ряда J

значение производной 0 при отсутствии нестабильо я/ги&

1 fpua.s