Способ динамического согласования пространственно-однородного сгруппированного пучка заряженных частиц с фазовой протяженностью линии 180 @ Советский патент 1991 года по МПК H05H9/04 

Изобретение относится к ускорительной технике, преимущественно к линейным ускорителям с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ).

Цель изобретения - уменьшение потерь тока пучка и сохранение квадрупольной симметрии пучка на всех стадиях процесса согласования без существенного изменения средних значений параметров поперечных эмиттансов пучка. °

На фиг. 1 а и б приведены поперечные эмиттансы на фазовых плоскоdx dv , . N

стях -- , х и --, у (эллипсы 1-3) dz , dz

соответственно; на фиг. 2 - схема устройства для осуществления данного способа.

Устройство содержит отдельный резонатор 4 с отрезком четырехпровод- ной линии длиной 0,2, пристыкованного вплотную к начальной части 5 линейного ускорителя протонов. Резонатор 4 питается от генератора 6 через фазовращатель 7, создающий необходимый сдвиг фазы колебаний в резонаторе 4.

ел

о

СЛ

оо со оэ

Когда структура начальной части 5 линейного ускорителя с ПОКФ оканчивается таким образом, что в тот момент времени, когда центр сгустка частиц проходит через поперечное сечение, совпадающее с концом структуры с ПОКФ, напряженность фокусирующего поля в ней максимальна. В этот момент времени частицы пучка, находящиеся в этом сечении, занимают на поперечной фазовой плоскости положение кроссовера (эллипсы 1 на фиг. 1). Частицы сгруппированного пучка,выходящие из структуры с ПОКФ раньше этого момента времени, оказываются в разной степени недофокусированными в фокусирующей плоскости и соответственно перефокусированными в дефокусирую- щей плоскости (эллипсы 2 на фиг. 1), причем степень этой недофокусировки (соответственно перефокусировки) тем выше, чем раньше по сравнению с центральными частицами они покинули структуру с ПОКФ. Для частиц, проходя щих это сечение позже указанного момента времени, наблюдается аналогичный эффект (эллипсы 3 фиг. 1). При этом пучок в целом обладает квадруполь ной симметрией.

В данном способе на сгруппированный пучок с зависящими от времени параметрами проекций фазового объема на поперечные фазовые плоскости (фиг. 1) в отдельном резонаторе 4 (фиг. 2) воздействуют ВЧ электрическим квадрупольным полем таким образом что это поле за время взаимодействия дополнительно фокусирует недофоку сированные и дефокусирует перефокусированные частицы сгустка, причем степень такой коррекции тем выше, чем больше разница по времени прохождения конца структуры с ПОКФ между корректируемыми частицами и центральными частицами сгустка. При этом эллипсы 2 и 3 (фиг. 1) перемещаются по направлению к эллипсу 1. Если время фокусирующего и дефокусирующего воздействия согласующего ВЧ электрического квадрупольного поля на сгусток заряженных частиц в данной фазовой плоскости одинаково и градиент этого поля постоянный, то за время воздействия эллипс 1 (фиг. 1) в среднем не изменит своего первоначального положения. Переходя от временных соотношений к фазовым на частоте согласую

5 0 п

щего поля, условие коррекции можно записать в виде формулы

7

5

0

5

«f 2 -2nfV

где ДС|) - разность фаз между колебаниями ВЧ электрического квадрупольного поля и колебаниями согласованной огибающей на входе в область взаимодействия, рад;

f - частота колебаний этого поля, Гц;

t B - время воздействия этого поля на сгусток заряженных частиц, с.

Градиент согласующего ВЧ электрического квадрупольного поля определяется глубиной модуляции огибающей и частотой этого поля. При равенстве частот колебаний огибающей и согласующего ВЧ электрического квадрупольного поля этот градиент равен градиенту ВЧ электрического квадрупольного поля, формирующего пространственно- однородный пучок. При этом время воз- действия согласующего ВЧ поля на пучок tft ($.,/2 |TfT, где срсч фазовая ширина сгустла в масштабе частоты поля, Т - период колебаний согласующего ВЧ электрического квадрупольного поля.

При t N/2 параметры пучка снова становятся зависимыми от времени и положительный эффект исчезает, этого эффекта не удается также достичь, если фазовая ширина сгустка превышает 180 в масштабе ВЧ поля, формирующего пространственно-однородный пучок. Поскольку частота колебаний согласован- ной огибающей определяется внешними полями и не зависит от величины фазовой плотности, то предлагаемым способом принципиально возможно получить динамическое согласование в широком диапазоне токов пучка. При малых значениях токов качество согласования некритично и зависит от соотношения между временем воздействия и градиен1- том высокочастотного электрического квадрупольного поля, при больших токах эта зависимость становится более критичной. Оптимальное соотношение устанавливается рядом уточняющих расчетов. Наличие кроссовера для центра сгустка не является обязательным для получения динамического согласования, но является желательным, так как

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - уменьшение потерь тока пучка. Сущность изобретения заключается в том, что для динамического согласования пространственно-однородного сгруппированного пучка с фазовой протяженностью менее 180° при воздействии на него высокочастотным электрическим квадрупольным полем с постоянным градиентом разность фаз между колебаниями высокочастотного квадрупольного поля и согласованной огибающей пучка на входе в область взаимодействия устанаьливают согласно выражению АДС|ь rj -2ft ftfi, где ДС|) - искомая разность фаз, град;; f - частота ВЧ квадрупольного поля, Гц; to - время воздействия этого поля на частицы сгустка, с. При этом время воздействия поля частицы целесообразно делать меньше полупериода колебаний этого поля. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

фие. 1а

Фиг. 15

r-Г Vl