Как известно, в кольцевых ускорителях за ряженных частиц типа синхротрона (протонного или электронного) для поворота и фокусировки ускоряемых частиц применяют электромагниты, которые создают в области, занятой пучком ускоряемых частиц, сильно неоднородное магнитное поле, имеющее плоскость (анти) симметрии, совпадающую с плоскостью орбит, - медианную плоскость. Магнитные поля с медианной плоскостью применяются в ускорителях с существенно спиральными орбитами (циклотрон, фазотрон, микротрон), в синхротронах со слабой фокусировкой и в синхротронах и накопительных кольцах с сильной фокусировкой.
В синхротронах и накопительных кольцах с сильной фокусировкой симметрия магнитного поля относительно медианной плоскости приводит, помимо известных удобств, к больщому недоиспользованию величины поля.
Из-за большой величины градиента магнитная индукция в области, занятой орбитами, получается значительно меньще, чем в нерабочей области - между краями полюсов.
Одним из способов преодоления этого недостатка является разделение функций поворота и фокусировки частиц между заворачивающими магнитами и квадрупольными линзами. Недостатком этого способа является удвоепие числа магнитов и усложнение их системы электропитания.
Предлагаемый сверхпроводящий электромагнит синхротрона позволяет уменьшить неоднородность поля.
Сущность предложения состоит в отказе от использовапия магнитных полей, антисимметричных относительно плоскости центральной орбиты (фиг. 1), и переходе к использованию полей, симметричных относительно плоскости, которая перпендикулярна к плоскости орбит. Принцип построения соответствующего безжелезного (в частности, сверхпроводящего) магнита показан на фиг. 2. Этот магнит создает вертикальное заворачивающее поле и квадрупольное фокусирующее поле, повернутое на 45° по сравнению с обычным квадрупольным полем, применяемым для фокусировки в синхротронах с переменным градиентом.
Позиции /, 2, 3 - распределение ампервитков соответствующих гармоник.
Для создания поля обычного типа применяется система (фиг. 2, а), которая характерна сложением максимумов гармоник ампервитков, создающих дипольную и квадрупольную компоненты поля.
можно получить, применяя одну или несколько обмоток, создающих дипольную и квадрупольную компоненты поля, ориентированных так, что плоскость симметрии результирующего поля оказывается перпендикулярной к плоскости обращения частиц. Например, в случае применения дипольной и квадрупольной обмоток следует располагать места с нулевой плотностью витков квадрупольной обмотки в максимумах или нулях плотности витков дипольной обмотки.
Знак градиента квадрупольной компоненты предлагаемых магнитов чередуется вдоль орбиты так же, как это имеет место при обычной системе (см. фиг. 1) попеременной фокусировки по радиусу и вертикали.
В данной системе попеременная фокусировка получается по «диагонали, т. е. под углом + 45° по отношению к осям х, z, если магниты предлагаемого типа имеют такую же длину, как обычные магниты.
Магнитные поля соответствующего типа могут быть получены как с помощью железных магнитов, так и с по.мощью безжелезных, например сверхпроводящих магнитов (см. фиг. 2).
Преимущество магнитов предлагаемого типа по сравнению с обычными состоит в том, что при одной и той же величине отношения градиента к полю в центре величина поля на краях рабочей области в новых магнитах меньше, чем в обычных: в обычных магнитах квадрупольная компонента поля параллельна заворачивающему полю, а в новых магнитах эти компоненты различа.ются по направлению на 45°. Это приводит к уменьшению индукции на краях полюсов железных магнитов или к уменьшению индукции в обмотке безжелезных магнитов.
Указанное свойство таких магнитов позволяет повысить максимальную энергию частиц при заданном радиусе ускорителя (и соответствующем увеличении числа ампер-витков магнита) или понизить мощность электропитания магнита при заданном радиусе ускорителя и заданной максимальной энергии частиц, или повысить адмитанс системы, повысив отношение градиента к полю.
Данная система создает сильную фок сировку, которая в приближении сглаженного движения не отличается от обычной; она обладает, следовательно, и другими необходимыми свойствами:
донускает образование коротких и длинных (согласованных) промежутков;
имеет допуски на ошибки поля и градиента, а также на нелинейности, равные обычным по порядку величины;
имеет большой коэффициент уплотнения орбит;
допускает измерение положения равновесной орбиты и числа бетатронных колебаний, а также выполнение коррекции поля, градиента и нелинейности обычными способами с учетом специфики структуры (поворота на 45°); возможны ввод и вывод пучка ускоренных частиц.
Предмет изобретения
Сверхпроводящий электромагнит синхротрона с фокусировкой переменным градиентом магнитного поля с совмещенными функциями поворота и фокусировки частиц, содержащий одну или несколько обмоток, создающих дипольную и квадрупольную компоненты поля, отличающийся тем, что, с целью
уменьшения неоднородности ноля, ампер-витки обмоток распределены так, что плоскость симметрии создаваемого поля перпендикулярна плоскости обращения частиц, например так, что места с нулевой плотностью витков
квадрупольной обмотки расположены в максимумах или нулях плотности витков ДИПОЛЬНОЙ обмотки.
/
