Магнитная фокусирующая система циклического ускорителя Советский патент 1992 года по МПК H05H13/10 

Изобратение относится к ускорительной технике, в частности к циклическим ус- кормтелям электронных пучков.

Изобретение г- гожет быть использовано для создзняя ци слимес1 их ускорителей электронных пучков с током порядка нескольких ампер, ускоряемых до энергии по- ,рядка нескольких сотен МэВ.

Цель изобретения - улучшение массога- и знерегетических характеристик системы,

На чертеже схемзт - чно изображена магнитная фокусирующая система циклического ускор ;1тепя.

Магнитная фо5 усирующая система содержит ваку мную камеру (кольцевой канал) 1, магниты 2,3с попарно противоположным направлением индукции продольного магнитного поля, разделенные свободными промежутками 4, ускоряющими зазорами 5, на которые подаются синхронные импульсы

ускорязощего поля, транспортные кзнапь систем ВВОДИ 5 и вывода 7.

г иэгкитнйя Система работает следуюI

iCA

V:.

Пучок ускоряемых частиц попадает нз с«-г,-;-емы езода S в кольцевой канал 1 уско- pf -iTsn.q, 5 котором удерживается заворачи- вгюшим магнитным полем., синхронно изменяющимся с энергией частиц. Фокусировка пучка осуществляется магнитами 2,3 с попарно противоположным направлением индукции продольного магнитного (ШЛЯ, рззделенныки промежутками 4,.свобг,. чы-. MVi ;.- .;згнитного поля. Ускорение пучка а5еспе -ч.шаетг,п ускоряющими зазорам1л 5, на xoTODL-ifl ПОДЗЮТС5 импульсы ускоряющего нзпрл; -:зиия с частотой обращения пучка.

Расчэтмый сооткошения для гзыбора па- раметрое системы фокусировки получаем из уравнений дви.жекия частиц в транспортном -санале ускорители с продольным фокуi/ia M

loto

с ирующим .и вертикальным ззпора п-изаю- щим магнитыми полями

4-.|x4-Q.f,(S). (1)

.:fy(S), (2)

.где X. у - поперечные отклонения частицы от оси ускорителя. S - длила дугм оси ускорителя, выбранная п качестве независир юй

гтеременной, м, кривизна канала 1/м,

R - радиус кривизны, м,/3 - v/c, с - стерпеть света, м/с, v скорость --oCTMUb вдоль оси ускорителя, м/с.

(2(1 --п)(3)

f/ - К п

- Olv :

f4)

где п -- показатель спада поперечг ого заоорачива ощего .-юго паяя Ft Тл

Bi Jx Ь.,

,р,

где В -- индукция фокусиручощего поля, Тп, т.е. - масса покоя, кг, и заряд частиц, к, у- релятиоистский фактор, f;,(SJ, Гу(5)-отклоня1с щиеЪилы, обуслоо/1ен1|ые ошибкаи и о пел.,; чине энергии н, заворачивагощегс

магнитного поля. Параметры о|х м a:iy -юл- ностью определяются кулоновскг. эми сипа- М1 простра - ст8ениого зарпдг . Считал жесткости поперечных сип orii/iiiaKOBbiiviM гед йл/ - q , что ммеет место при R 1 /2 v;

ft.4; ffiky ftjs и испопьзуя переменных

Z); 4-|y-W-e(p(-i/Qd ;l)- ()

о

преобра.зуег систему уравнений (1), (2) к одному уравнению

«)

«11 -i- а (s) VV - f (S) GqD (i / Q d S 1(8 d .

где

V(S) i + q2,(9)

ffS,b fxfS)-И VS ) .(10)

Устойчивйсть движения частиц в идеальном ускорителе определяется устойчивостью решений однородной части уравнения (8)

4f+o(S),(113

u о

относящегося к ураинсниям Хилла,

.Фокусирующий кан,9л состоит из посло- доватеяьноелй магнитов, ра,эделенных промежутками, саобо-дными от магн14тного поля, причем в каждом из 2-х соседних мэг

к

0

5

нмток векторы индукции продольного стационарного магнитного поля направлены 15 противоположные стороны. Реверсы фокусирующего поля необходимы для устранения дрейфа частиц с энергией, отличающийся от равновесной. Жесткость фокусирующей силы, зависящая от квадрата индукции поля, периодически пульсирует по длине ускорителя,

В качестве математической модели можно считать, что период фокусировки состоит из двух участков, на одном из которых индукции поля постоянен B (S)- - В - const, на другом - B(S) 0.

уряпнение (11) матричным методом, найдерл оыражвнме для параметра Куранта

Oi d

cos ,м COS (р ---j-У- sin .{12}

OI, , ...-,.)

где// - избег базы бо гзтронных колебаний нз периоде ФокусирО(зки, is - длина Мгзгнита, id дпина , свободноги от поля. При выводе (12) мы пренебрегли величиной q , учитывающей действие слабой фокусировки и кулонорских сил, по сравнению с жесткостью продо,ги.,ной фокусировки 0-/. Из ус- ловмя устойчивости решений уравнения (11) I cos// 1 следует ограничение на пзрз- метры фокусировки.

Л m 77 2 (рд -f- ,Я ;Г ,(14)

vOg - arcsin vr : Р ,(15)

где m - любое число целое. Согласно изобретению величина m выбирается равной у л ю, что дзет для р ограничение

Плппглипс

Подставляя в (16) соотношение Г6), (13), (15, окончйтельно получив

2circ.sm Г 1 + Г -i§- i -р/ .

- . V (17)

В процессе ускорения пар 1метр р меняется ослэдстпие стацион рисс7и индукции поля В, обратно nponopuMOff;i.nbHo энергии у : однако устойчивость движения частиц при этом не нарушается, а меняется только жесткость фокусировки.

Принципиальная осоГ)а ность предлагаемой фокусирующей системы .,иклическо- го ускорителя, отличаюи зя ее от фокусирующих систем клоссических циклических ускорителей, состоит а изменении в

процессе ускорения неличины Q 4-,, где М - число периодов фокусировки нз кольце ускорителя, s широкие пределах, с пересечением большого чмсла целых и пара- MeTf3 /i4ecKnx резонансом, Резон.иснзп рэпкзчка пучка предотвращлется правильным выбором темпа и длительности ускорения. Детальные численные исследооанмч дина- мици пучка с учетом эффектов слабой фокусировки, кулоноэского 1 зяимодействия, йлиянмя случайных ошибок заворачивающего и фокусирующего поле.й, смещений и перекосов магнитов показали, что при темпе ускоренитэ в несколько МэВ на оборот и при длительности ускорения порядка 100-- 200 оборотов, резонансизя раскачка пучка не проявляется при допусках из случайные относительные ошибки заворачивающего м фокусирующего полей порядка 1%, что не представляет больших технических трудно стей для их реализации.

Для достижения поставленных необходимо также правильно выбрать длину кольца транспортного Кгзнапа для обеспечения, с одной стороны, достаточной жесткости фокусировки, а с другой, правильного сочетания парзметроп фокусирующей системы с параметрами ускоряющей системы, На длину кольца накладываются ограничения снизу и сверху.

Требование, чтобы жесткость фокусировки Q при конечной .энергии оставалась достаточно большой. Окон : 5, приводит к ограничению длины снизу.

Учитывая, что при высокой .энергии

,ы - 9 2 запишем условие Окон 5 в следующем виде;

. 20 ,7Г (is -f Id) гг.

е В I s

где УК - релятивистские-параметры частицы при конечной энергии.

Ограничение сверху связано с выбранным временем ускорения Гуск, максимально достижимым набором энергии за один обо- ротАЕоб м с конечной энергией к, его можно записзть как

L

АгЪб с

к

0

5

0

5

0

0

lLv

В результате ограничение на длину кольца фокусирующей системы принимает следующий вид;

гу

.10)

-.; (-1

где Is + lei - составляет длину периода фоку- сируЮ1ией системы, м.

Формула изобретения Магнитная фокусируЮ Щая система циклического усхсрителк импульсного сильно- гочного пучка электронов с синхронно . ; :ня1ощимся в процессе ускорекич заво- рачиряющим поперечным магнитным полем, пк.п 0чающая совокупность фокусирующих Г . згнитов с про.до. стациоиярным ре- Gepciit;Hi iM магнитным полем и систему питания, о т л и ч а ю щ а я с и тем, что, с целью улучшена массогабаритных и энергетиче- CiiHx х; рлктг;ристик, между соседними магнитами с попарно-противоположными направлениями индукции продольного магнитного поля выполнены свободные промежутки, а величины длин этих промежутков Id, м длин магнитов s. м, индукции продольного фокусирующего магнитного поля В. Тл, ког,.-ца имклического фокусирующего L-, м выбраны согласно выражениям

,23rcs4n-(.)2 2пГ) Фт1).

l {.hJLl -1 с ДСоб-Туск е В ISbL - - -,

где - максимально достижимый набор энергии 33 один оборот,

е, m - соотпетственно заряд, Кл. и масса, кг, частиц,

с - скорость света, м/с,

АЕк конечная энергия частиц, МэВ,

Туск - время ускорения, с,

X, к, fj, , - фактор Лоренца и отно- ситегм.ная скорость частиц при начйпьной t конечной энергиях соответственно.

:.

)SS3

.f€ y i 5

/ж м

.... ./ ,.f V

-/

Изобретениа относится к ускорительной тех1-гике м может быть использовано для спздзнип циклических ускорителей электронных ПУЧКОВ с током порядка нескольких , ускоренных до энергии порядка не- см Сльких сетей МэВ. Целью изобретения является улучи ение мяссогабзритных и энергетических характеристик системы. Кй; ;птнал фокусирующая система содер- ;к-г:- пэкуумную камеру 1. магниты 2 и 3 с противоположным направлением ин укции продольного магнитного поля, , -елейные свободными промежутками 4. у.: ojpr-i.-OLMMMM зазорами 5, на которые подаются спьгхронные импульсы ускоряющего пспг,, транспортные каналы системы зводэ 6, вывода 7. 1 ил.