УСКОРЯЮЩАЯ СИСТЕМА Советский патент 1997 года по МПК H05H7/02 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке ускорителей с механическим приводом для проведения научных исследований в различных отраслях промышленности.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик за счет снижения энергозатрат на ускорение частиц.

Снижение энергозатрат достигается тем, что ускоряющее устройство выполнено в виде вращающихся магнитов со стационарным радиально направленным полем, ориентированных плоскостью вращения перпендикулярно орбите частиц. Вращающиеся магниты в ускорительном устройстве расположены парами со взаимно противоположными направлениями вращения и со взаимно противоположными направлениями магнитного поля.

Эффект ускорения во вращающемся магните обусловлен тем, что движущееся с линейной скоростью магнитное поле создает направленное вдоль орбиты частиц электрическое поле

Тогда при прохождении сквозь вращающийся магнит толщиной h частица с зарядом q приобретет энергию
ΔW = qBUh (2)
Как следует из формулы (1), электрическое поле у второго (парного) магнита будет иметь то же направление, что и у первого, поэтому после ее прохождения частица также получит прирост энергии в соответствии с формулой (2). При многократных прохождениях частицы через вращающиеся магниты энергия частицы увеличивается пропорционально числу прохождений.

Поскольку при прохождении вращающегося магнита частица движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то она приобретает отклонение по направлению. При прохождении второго вращающегося магнита отклонение компенсируется отклонением частицы в обратном направлении в связи с противоположным направлением магнитного поля во втором магните.

Максимальная толщина каждого из вращающихся магнитов выбирается из условия предотвращения отражения от них вводимых в ускоритель частиц. При этом энергозатраты на ускорение снижаются, поскольку исключается необходимость импульсного энергопитания ускорителя, а поддержание вращения магнитов может быть выполнено известными двигателями или электромоторами с большим КПД.

Таким образом, предлагаемый ускоритель по сравнению с известными аналогами и прототипом приобретает новое качество -возможность ускорять заряженные частицы с большим КПД, близким к КПД электродвигателя.

На фиг. 1 приведена схема расположения ускоряющего устройства в ускорителе; на фиг. 2 показана схема движения частицы, иллюстрирующая принцип ее ускорения; на фиг. 3 представлена одна секция вращающего магнита в плоскости его вращения.

В ускорителе с поворотными магнитами 1, 2 размещены ускоряющая система с вращающимися магнитами 3-6 и фокусирующие устройства 7, 8. Кроме того, показана обмотка 9, магнитный зазор 10 вращающихся магнитов и орбита 11 ускоряемой частицы 12. Устройства ввода и вывода частиц, вакуумная камера, а также механический привод вращающихся магнитов условно не показаны. Вращающиеся магниты объединены в пары 3 и 4, 5 и 6, где в каждой паре направление вращения магнитов и направление магнитного поля в зазорах 10 взаимно противоположны. Вращение магнитов синхронизировано таким образом, что магнитные зазоры 10 всех магнитов пересекают орбиту 11 одновременно.

Устройство работает следующим образом.

Приводят во вращение магниты 3-6 и создают магнитное поле в поворотных магнитах 1, 2, вращающихся магнитах 3-6 и фокусирующихся магнитах 3-6 и фокусирующихся устройствах 7, 8. Синхронно с началом пересечения орбиты 11 зазорами 10 вводят в ускоритель пучок заряженных частиц 12, которые циркулируют между поворотными магнитами 1 и 2, многократно проходя через вращающиеся магниты 3 6.

Во вращающихся магнитах частицы ускоряются продольным полем , индуцированным движущимся полем Отклонение частиц по направлению компенсируется взаимно противоположными направлениями магнитных полей в соседних (парных) магнитах. Фокусировка пучка частиц осуществляется в фокусирующих устройствах 7, 8, а также внутри поворотных магнитов 1 и 2.

Принимая в качестве ускоряемых частиц протоны (q 1,6•10^-19 K, m 1,67•10^-27 кг), отношение длины пути внутри вращающихся магнитов к длине орбиты равным радиус вращающихся магнитов R 1 м, полезный угловой размер магнитного зазора и магнитную индукцию в рабочей зоне вращающихся магнитов B 1Tл, получим для начальной энергии частиц W₀ 100 кэВ 1,6•10^-14 Дж, выходную энергию частиц W 9,15 • 10^-12 Дж 57 МэВ.

В случае создания во вращающихся магнитах индукции В 5 Тл при принятых выше исходных данных выходная энергия частиц составит 1335 МэВ ≈ 1,3 ГэВ.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке ускорителей с механическим приводом для проведения научных исследований в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик за счет снижения энергозатрат на ускорение частиц - достигается тем, что ускоряющее устройство выполнено в виде вращающихся магнитов со стационарным радиальным полем, ориентированных плоскостью вращения перпендикулярно орбите частиц. Вращающиеся магниты в ускорительном устройстве расположены парами со взаимно противоположными направлениями вращения и со взаимно перпендикулярными направлениями магнитного поля. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ускоряющая система, содержащая электромагнит, магнитное поле в межполюсном зазоре которого перпендикулярно траектории ускоряющих частиц, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик за счет снижения энергозатрат на ускорение, электромагнит выполнен с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной траектории ускоряемых частиц, а его полюса установлены так, что магнитное поле в межполюсном зазоре направлено по радиусу. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит четное количество электромагнитов, которые расположены парами с взаимно перпендикулярными направлениями вращения и с взаимно противоположными направлениями магнитного поля.