Ускоряющая система Советский патент 1991 года по МПК H05H7/00 

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к технике высокочастотных ускорителей заряженных частиц, и может быть использовано при- создании сильноточных ускорителей, ра- ботающих в режиме-ускорения за счет запасенной в .ускоряющей системе энергии .

Цель изобретения - повышение максимального токп и уменьшения энергети- ческого разброса пучка.

На фиг.1 изображена конструктивная схема ускоряющей системы; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Ускоряющая система содержит электродинамически связанные генератор высокочастотной мопщости, тороидальные ускоряющие резонаторы 1 и резонатор 2 связи. В общей боковой стенке каждого тороидального резонатора 1 и резонатора 2 связи выполнено сквозное отверстие 3. В каладое сквозное отверстие 3 введен проводник к связи. Один конец проводника 4 присоединен к внутренней поверхности резонатора 1в точке,расположенной в плоскости, проходящей через ось резонатора 1 и центр отверстия 3. Другой конецпроводника 4 присоединен к внутренней поверхности резонатора 2 в точке,расположенной в плоскости,проходящей через центр отверстия 3 перпендикулярно оси резонатора I. Резонатор 2 выполнен в виде цилиндрического резонатора с переменным по длине диаметром. Диаметр 0,м, резонатора 2 определяется из соотношения

D. (|)ГТ1 где 0J, - первый корень проийводаой функции Бес- селя нулевого поряд- Kaj

,Л волны, м;

Л ,.. „ /I - относительная ско- рость заряженных

частиц в данной точ- - не ускоряющей системы.

На фиг.I и 2 также изображен узел 5 ввода высокочастотной мопхности, Е иН - электрическ1гй и магнитный компоненты высокочастотного поля в резонаторах.

Ускоряющая система работает следующим обрайом.

Включают генератор высокочастотной мощности. При этом высокочастотная ющность через узел 5 поступает в ре - зонаторЫ| в которых возбуждаются вы- сокочастотные колебания. Для эффективного ускорения заряженных частиц рас- стряние между центрами ускоряющих резонаторов I соста&п:яет я А /2 Рабо- чий вид колебаний в леэокаторе 2 - связи Нф,А который характеризуется , во-первых, большим значением добротности и, во- эторых большой электрической прочность, так как силовые линии электрического поля замкнуты. Синхронизм ускорения с требуемым зако ном нарастания достигается варьированием числа ускоряющик резонаторов 1, приходящихся на одну вариацию поля в резонаторе 2 связи, и формы проводника 4. йзмеяением точки присоединения проводника 4 к внутренней поверхности резонатора 2 связи можно добиться изменения фазы колебаний в ускоряю- щем резонаторе 1 на 180, Длина 1 одаой продольной вариации поля в цилиндрической резонаторе на виде колебаний Нщ,А определяется из условия

,.,4(-f-)

Если на отрезок длишл. I резонатора 2 связи приходится п ускоряющих резонаторов 1, то 1 W и А/2 и диаметр резонатора 2 связи определяется при веденным выше соотношением. В ускорителях тяжелых заряженных частиц с . медленным нарастанием /i по длине ускоряющей системы изменение D может происходить скачкообразно на каждой продольной вариации поля Н , либо плавно. В ускорителях электронов д быстро нарастает, а изменение D может сопровождаться изменением п {см.фиг.1). Рассматриваемое устройство по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества. Цилиндрический резонатор связи с видом колебани oip большие, чем в коаксиальном резонаторе прототипа, значения добротности, электрической прочности объема и, следовательно, большее значение запасенной энергии. Это позволяет увеличить максимальный ток ускоряемого пучка и уменьшить энергетический разброс ускоренных частиц в режиме ускорения за счет запасенной энергии. Кроме того, изменение диаметра резонатора связи и числа ускоряющих резонаторов, приходящихся на одну вариацию поля, 3 резонаторе связи по длине ускоряющей системы позволяет реализовать, любой закон нарастания /з , в то время в прототипе /3 может быть равной только 1. Это расширяет возможности применения ускоряющей системы. Лримером конкретной реализации может быть ускоряющая система ускорителя электронов, работающего в режиме запасенной энергии, изображенная на фиг.1,2 и содержащая три ускоряющих резонатора с j 0,42, 0,67 и 0,92 соответственно и остальные ускоряющие резонаторы с 1. Выбрав п 2 для участка ускоряющей системы с А 1 и п а 3 для участка-С нарастающим я, получают значения D 1,408Д и 1,406 Л для указанных участков соответственно. Для расчета D на участке с нарастающей относительно скоростью частиц по приведенной формуле под д понимается среднее значение р для : ускоряющих резонаторов указанного участка, т.е. 0,67. Расчеты показывают, что цилиндрический резонатор связи на частоте 200 МГц имеет диаметр 2,1 м, длину одной вариации поля 1,5 м и собственную добротность 1,92-10 . Коаксиальный резонатор связи прототипа с такими же габаритными размерами и диаметром внутреннего .проводника 1 ,27 м, соответствуюи им максимальной запасенной энергии при неизмерной максимальной напряженности электрического поля на поверхности резонатора, т.е. при неизменной;

электрической прочности резонатора, имеет добротность 0,4-10 , т.е. в 4,8 раз меньшую, чем в цилиндрическо резонаторе связи. Таким oCiSaaoM, при одинаковой мощности потерь в предпагаемом резонаторе связи запасается в 4,8 раз большая энергия, чем в прототипе, что соответствует увеличению максимального тока серии сгустков в 4,8 раз при неизменном эиергетическом разбросе ускоренных частиц, либо к уменьшению энергетического разброса в 2,4 раз при неизменном токе пучка.

Формула изобретения

Ускоряющая система, содержащая электродинамически связанные между собой генератор высокочастотной мощности, тороидальные ускоряющие резонаторы и резонатор связи, причем в боковой стенке каждого тороидального резонатора, общей с боковой стенкой резонатора связи выполнено сквозное отверстие, отличающаяся тем, что, с целью повьпиения максимального-тока и уменьшения энергетического разброса пучка, в каждое сквозное отверстие- боковых стенок резона-

торов введен проводник связи, один конец которого присоединбн к внутренней поверхности тороидального резонатора в точке, расположенной в плоскости, проходящей через ось тороидального резонатора и центра отверстия, в другой - к внутренней поверхности резонатора связи в точке, расположенной в плоскости, проходящей через центр отверстия перпендикулярно оси тороидального резонатора, при этом резонатор связи выполнен в виде цилиндрического резонатора с переменным tib длине диаметром D, м, определяемым из соотношения

5.,-д

где

ei

/3

3,832 - первый корень производной функции Бесселя нулевого порядка; . :

Л -1 длина волны, м;

п 2,3,4,... ift - относительная скорость заряженных частиц в данной точке , ускоряющей системы.

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к технике высокочастотных ускорителей заряженных частиц, и может быть использовано при создании С1 ьноточных ускорителей, работающих в режиме ускорения за счет запасенной в.ускоркюшей системе энергии. Целью изобретения является повьшгение максимального тока и уменьшение энергетического разброса пучка. Ускоряющая система содержит тороидальные ускоряюпите резонаторы I и резонатор 2 связи с отверстием 3 в которое впеден проводник 4 связи, узел 5 для ввода высокочастотной мощности. В описании изобретения приводится нримЕф конкретной реализации ускоряющем системы ускорителя злект- Ронов, работающего в режиме запасенной энергии. 2 ил.. 00

Фиг. 2