Циклический ускоритель электронов Советский патент 1993 года по МПК H05H11/00 H05H13/00 

ftoa/

1 Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для циклического ускорения электронов в диапазоне от тепловых до релятивистских скоростей,

Целью является увеличение энергии электронов.

На фиг.1 показан ускоритель, разрез вдоль медианной- плоскости; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; нафиг.З- электрическая схема ускорителя и эпюры распределения потенциала вдоль ускоряющего зазора.

Циклический ускоритель заряженных частиц содержит резонатор, состоящий из двух электродов 1 с ускоряющим промежутком 2 между ними, электромагнит

3ведущего магнитного поля, источник

4возбуждения ВЧ-поля, инжектор 5 электронов, диэлектрические (или фер- ритовые) вставки 6, мишень 7. Позицией 8 обозначена орбита электронного пучка.

На фиг.З приняты следующие обозна- чения:Л , JIt, Л3, Л4- генераторные лампы - источники возбуждения ВЧ-поля; С., С4, Сэ, С4 - конденсаторы емкостной связи электродов 1 резонатора с г чераторныии лампами; С - эквивалент распределенной емкостной связи между ускоряющими электродами; Ct, С-, - эквиваленты распределенной емкости между ускоряющими электродами и стенками ускорительной камеры; U - эпюры распределения потенциалам вдоль ускоряющего зазора.

Ускоритель работает следующим образом.

При включении электромагнита 3 ведущего магнитного поля между полюсными наконечниками возбуждается магнитное поле, С помощью источника А возбуждения ВЧ-поля в электродах 1 резонатора возбуждается ускоряющее ВЧ-по- ле на противофазной частоте. Ускоре - ние частиц начинается от инжектора 5 и происходит как в обычной дуантной системе циклотрона или фазотрона до тех пор, пока радиус орбиты 8 пучка не превзошел размера d пластин электродов I перпендикулярно ускоряющему промежутку 2. На этом этапе цикла ускорения в наборе энергии на оборот цучка полностью используется ускоряющий потенциал, что особенно важно в центральной области, где пространств венный заряд частиц ограничивает захват их в ускорение. При дальнейшем

увеличении диаметра (радиуса) орбиты электроды 1- резонатора начинают работать как дрейфовые трубки,

В отличие от классических ускоряющих структур подобного типа ускоритель с описанной ускоряющей сгрукту - рой позволяет довести пучок до релятивистского радиуса, Действительно,.

если 1 - длину ускоряющего промежутка и D - диаметр релятивисткой орбиты (скорость частицы близка к скорости света) выразить в длинах волн ускоряющего напряжения, то 1 « Ј из

условий создания резонанса для ускоряющего высокочастотного поля, а

О ш . из условия равенства длины ок

ружности релятивистской орбиты длине Q волны ускоряющего напряжения. Спедо4Г

вательно, 1/D -я- . Из этого видно,

что на релятивистском радиусе ускоряющее напряжение составляет зЫ 20)

5 0,35 части от напряжения в централь- Ной области и остается постоянным для пучка, находящегося на релятивистской орбите (эпюра U на фиг«3). Напряжение наоборот будет еще меньше, учитывая

0 эффект вылета частиц за пределы резонатора, когда его электроды I начнут работать как дрейфовые трубки. При этом набор энергии на оборот в каждом частном случае определяется отноше, нием размера d ускоряющей структуры перпендикулярно ускоряющему промежутку 2 к ее размеру I вдоль промежутка. При выходе на релятивисткий радиус процесс ускорения соответствует класQ сическому синхронному режиму когда

дополнительный набор энергии осущест-1 вляют за счет увеличения индукции магнитного поля. В направлении вдоль щели резонатор является системой со

.е строго распределенными параметрами

А (1 ш ) ( в перпендикулярном - со

i

строго сосредоточенными ( ) Последнее обстоятельство дается ценой 0 потери энергии на оборот. Поэтому размер d нецелесообразно уменьшать значительно по сравнению сС другой

стороны размер d, близкий к этой величине, приведет систему к многовол- нистости уже при стро о распределен- ных параметрах. Рекомендуемое соотно шенне имеет оптимум, который определяется еще в каждом частном йлучае Конструктивными особенностями ускоряющей структуры совместно с вакуумной ускорительной камерой. Эксперименты показали, что интервал значения d

tO,2-0,3)-s- является оптимальным

для данного ускорителя Превышение

jj

размера d свыше 0,3у может и реальной установке за счет неточностей кон структивного выполнения привести к возможности возбуждения моды в направлении Перпендикулярном.ускоряющему промежутky, Снижение размера d ниже 0,2 :Ј обуславливает Неоправданное уменьшение набора энергии за оборот.

В ускорителе повышается энергия электронов за счет дополнительного (ускорения электромагнитным полем, воз- буждаемым в зазоре.

10

47316

.Формула изобретения , Циклический ускоритель электронов, содержащий инжектор электронов, ваку умную камеру, электромагнит для создания в области ускорения нарастающего аэимутально симметричного магнит- iHoro поля,перпендикулярного ускоряющему электрическому полю (плоскости орбиты) , отличающийся тем,, что с ЦРЛЫЙ увеличения энергии элект ронов, в камеру введен резонатор, состоящий из двух электродов, образующих ускоряющий зазор, каждый электрод

.с представляет собой систему из двух параллельно расположенных прямоугольч ных пластин, гальванически связанных между собой, при этом электроды положены симметрично относительно

2Q центра вакуумной камеры и их размеры удовлетворяют следующим соотношениям; щшна каждой пластины , ширина Id -(0,2-0,3)/2, где Л - длина реэо- нансной волны ускоряющей структуры, а

25 инжектор расположен в центре вакуумной камеры.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для циклического ускорения электронов а диапазоне от тепловых до релятивистских скоростей. Целью является увеличение энергии электронов . Циклический ускоритель заряженных частиц содержит резонатор, состоящий из двух электродов ) с ускоряющим промежутком 2 между ними, электромагнит 3 ведущего магнитного поля, источник возбуждения ВЧ-полй, инжектор 5 электронов, диэлектрические (или феррнтовые) вставки, мишень 7. Орбита электронного пучка обозна-t чена позицией 8. В ускорителе повыша етси энергия электронов за счет дополнительного ускорения электромагнитным полем, возбуждаемым в зазоре. 3 ил.

.

ЮО Х оогсх хх ХхХ С

Х5 п1D,8

Фиг. 2

/lt Сг

Л}

fat.3