ЛИНЕЙНЫЙ КОГЕРЕНТНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ Советский патент 1971 года по МПК H05H7/04 H05H9/00 

Ускоритель может быть использован в качестве уни1версального радиаЦ;ио1Нного комплекса на лромышленных -предприятиях и в исследовательских физических лабораториях.

Известный когерентный ускоритель состоит из двух основных частей. В пернюй части (адгезаторе) создается электрониое кольцо в виде тора, трубку которого образуют электроны, быстро вращающиеся .вокруг оси тора. В адгезаторе электроны накапливаются, допйлнительно ускоряются и фокусируются в тор необходимой конфигурации за счет переменного во времени магнитного поля. Здесь же в электронный тор вводятся ионы, подлежащие ускорению. Далее изменением магнитного поля яа одном конце адгезатора электронное кольцо выводится из системы формирования, перемещается вдоль оси тора и затем уокоряется системой последовательно расположенных высокочастотных резонаторов. При этом электроны увлекают положительные иоиы, в результате чего последние могут достичь высоких скоростей, а следовательно, и энергий.

Так как время ускорения в о-писаином ускорителе является значительным на всем участке ускорения, трудно обеспечить устойчивость тора.

вости не уопевают развиваться за время ускорения; кулоновские силы расталкивания электронов в релятивистском лучке ослаблены в С Т-относительная энергия электронов); время движения электронов по спирали на участке формирования тора мало, поэтому действие кулоновских сил не будет заметным; на участке ускорения пространственный заряд тора скомпенсирован зарядом ионов, и кулоновские силы несущественны.

Для формирования электронного тора и его ускорения использова-но единое аксиальносиММетричное поле длинного соленснида, постоянное ВО времени.

В таком ускорителе энергия ускоренного электронного пучка частично используется для ускорения ионов, после чего ионы и электроны могут быть раздельно направлены на конверторы для преобразования первичных потоков IB необходимый тип излучения (нейтроны, Т-«ванты и т. д.).

На фиг. 1 схематично показан предлагаемый линейный когерентный ускоритель тяжелых ионов; на фиг. 2 - области устойчивости электронного сгустка.

Ускоритель тяжелых ионов содержит линей

тора, захват ионов в режиме ускорения и ускорение электронно-ионного сгустка.

На лервом участке соленоида магнитное поле усиливается, благодаря чему осущесталяется иежещия электронного пучка из ли«ейНОго ускорителя /. Электроны вводятся под углам к Оси магнитиого поля соленоида и образуют спираль с переменным шагом и радиусом. При сближении витков спирали формируется электронный тор. Скорость движения тора по оси матнитной системы замедляется до скорости ИОН01В, 1и«жектируемых из ионного источника 3 с кольцевым иучком.

На втором участке соленоида поле практичеоки постоянно. Здесь торы накапливаются в электро1ННом .кольце.

На третьем участке, занимающем основную часть соленоида, продольная составляющая магнитного поля убывает с расстоянием. Здесь троисходит уокорен1ие электронного тора и .авязанных с ним ионов за счет ореобразования части энергии вращательного движения электронов в энергию продольного движения тора.

На выходе соленоида расположено разделительное у-стройство 4, с помощью которого пучки разделяются для использования на мишенях 5.

Для компенсации заряда электронов в торе необходимо

N, NJ-

где Л - число ионов;

Ng- число электронов;

Т - относительная энергия электронов. Чтобы выдержать заданное соотнощение, нужно плавно регулировать ток ионов из источника, а чтобы в процессе ускорения шэиы не «оторвались от электронного кольца, должно выполняться неравенство

,,

где F - сила, действующая на 1ионы со стороны электро нного кольца;

F е - сила, ускоряющая электроны. Поэтому при одинаковом ускорении ионов и электронов должно выполняться условие:

mi NI . где mi - масса иона;

т g - масса электрона. Из приведенных выражений получают двустороннее неравенство,

1 - Л/; от

Щ

которое позволяет построить в плоскости т, -Т7 области, обеспечивающие самофоюу е

ировку и удержание ионов (см. фиг. 2). В областях / и // выполняется лищь одно условие,

а в области /// не выполняется ни одного условия. Угол наклона а прямой То зависит от массы ускоряемого иона. Как видно из фиг. 2, существует достаточно широкая область IV, в оторой выполняются условия эффективного

ускарения электронно-ионного сгустка.

Фо|рмирх}вание и ускорение электронноионного сгустка осуществляется в вакуумной

камере с разрежением порядка 10 торр. П р е Д|М е т и з о б р е т е н: и я

Линейный когерентньш ускоритель тяжелых ионов, содержащий линейный ускоритель электронов и инжектор ионов, отличающийся

тем, что с целью упрощения формирования электронных сгуст1ков, ускоряющих тяжелые ИОНЫ, ускоритель ионов содержит соленоид, на одном конце которого расположены линейный ускоритель Электрангов и инжектор ионов, а

на противоположном конце размещено разделительное устройство.