Способ ускорения заряженных частиц в циклическом ускорителе Советский патент 1981 года по МПК H05H11/00 H05H13/00 

I

Изобретение относится к области ускорения заряженных частиц.

Известно,что амплитуда поперечных колебаний частиц, ускоряющихся в циклическом ускорителе, изменяется пропорционально Н , где Н - величина магнитного поля на орбите. При неизменной конфигурации магнитного поля это приводит к тому, что линейно с ростом величины магнитного паля на орбите Н уменьшается отношение объема пучка частиц к объему магнитного поля в ускорителе. Для ускорения используется все меньшая часть нарастающего магнитного поля, эффективность ускорителя понижается.

Одним из возможных способов повшиения эффективности циклических ускорителей является каскадное ускорение, Щ)и котором используется последовательно

несколько кольцевых магнитов, причем anepryipa каждого следующего магнита уменьшается пропорционально уменьшеншо

В слабофнксирующнх М агниткых системах технически легко осуществим и другой способ - измеиение конфигурации магнитного поля такдм образом, чтобы величина поля нарастала в основном только непосредственно в области, зежятой пучком. Благодаря этому обеспечивается как бы подвижность апертуры, магнитное поле уменьшает свой объем вместе с уск« яющимся пучком. Это удобнее всего осуществить в безжелеоной магнитной системе nyt-eM последовательного юслючв- НИН соответствующих обмотсж с током. Особенно эффективно использование увелвн ченной апертуры при ишкекции, когда магнитное поле мало и создание больших объемов полей необходимой конфигурацкн с энергетической точки зрения не представляет затруднений. Интенсивность же ускоренного пучка при прочих равных условиях возрастает квадратично с увеличением апертуры. 33 коритвля в период илжекции имеет резко увеличенную радиальную апертуру. Инжектируемь е частицы, двигаясь по спирали, занимают весь магнкт в радиальном направлении и затем уског) вихревым электричеслим полем, стягиваясь к некоторой равновесной орбите. ,0.вльнейшее ускоренна можно при этом осуществлять в магнитном поле, нарастающем только в области, затянутой п-учком. Очевидно, что для нако тлення инжектируемых часiTiiH может быть использована также резко увеличенная на время инжекции вер.тикальная: апертура; что и является сущностью предлагаемого способа инжекции. Увеличенная вертикальная апертура наиболее целесообразна в беежелезных магнитных системах, где достаточно просто формируется магнитное поле соответствующей конфигурации. На чертеже показана последовательность операций при осуществлении предлагаемого способа инжекции. В момент времени t t в некоторой области возбуждают аксиально -симметричное вспомогательное магнитное поле Н Ось 2 симметрии этого поля является ось симметрии и основного магнитного поля ускорителя (на чертеже не показано). Ак .сиальная составляющая Н2 поля Н нарас тает по оси 7 в обе стороны от некоторой точки., пегкащей на оси, достигает ма симума и затем падает до О гфи дальнейшем увеличении модуля 2. Соответствующая конфигурация силовых ланий 1 вспомогательного магнитного поля и графш 2; ишпострируюплкй изменение аксиальной соста вляющей Н у вспомогательного матнитного поля вдоль оси 2,. приведены на чертеже (момэнт t -fc ). Созданное таким образом магнит ное поле совпадает с полем обычной адиабатической ловущки с магнитными пробками или зеркалами. В качестве магнитных зеркал, отражающих .вращающиеся в магнитном поле заряженныечастицы, слу жат области с увеличенным значением. В момент t -tfi в созданное ранее магнитное поле инжектируют ускоряемые частицы так, что они целиком заполняют область 3 между магнитными зеркалами, Для этой цели может быть использован либо внешний инжектор, либо инжекция типа цЕКЛотронной. Чтобы уменьшить размеры области 3, занятой частицами, сохраняя их количест во, необходимо увеличить энергию частиц Возрастающая при увеличении плотности 3 пучка );улоновская сила расталкивания олжна быть компенсирована эффектом магнитного сжатия частиц в пучке. Потому по окончании инжекции частиц нажяают проводить предварительное ускорение одновременным уменьщением расстояния между магнитными зеркалами. Предварительное ускорение можно осуществлять ак бетатронным способом, так и с помощью высокочастотного электрического поя, но в обоих случаях ведущее магнитное поле на орбите должно возрастать, чтобы удерживать пучок в пределах радиальной апертуры ускорителя,. Расстояние между магнитными зеркалами уменьщают по мере ускорения частиц. Наиболее очевидным критерием степени сближения магнитных зеркал является удержание частот поперечных колебаний вдали от опасных резонансов, в противном случае часть пучка может потеряться. Необходимая жесткость магнитной системы, определяюща. ( с учетом собственных полей пучка) частоты бетатрош1ых колебаний, может в щироких пределах меняться как за счет изменения расстояния между зеркалами, так и за счет изменения пробочного отношения, т.е. отнощения поля в области магнитного зеркала к полю в плоскости 4. В момент -Ь tj предварительное ускорение и сжатие пучка окончены. Частицы находятся в медианной плоскости 4 основного кольцевого магнита ускорителя {не показан на чертеже), размеры пучка соотвехствуют апертуре этого магнита, а энергия пучка - величине поля в нем. Таким образом, этап инжекции закончен. Дальнейшее ускорение можно осуществлять любым способом с помощью любой магнитьной системы. Предлагаемый способ ускорения с накоплением частиц по вертикали позволяет естественным образом использовать особе1шости безжелезных магнитных систем, в которых технически проще увеличивать не радиальную, а вертикальную апертуру. Этот способ повыщает эф1ректиа- ность циклического ускорителя, так как значительно увеличивает интенсивность ускорителя без существе1шого увеличения энергетических затрат на создание ведущего магнитного поля. Формула изобретения в том, что в основное магнитное поле инжектируют заряженные частицы, а затем их ускоряют в бетатронном или .очастотном режиме, от личаюш и и с я тем, что, с целью повышения интенсивности ускорителя, в нем возбуждают вспомогательное аксиально-симметричное магнитное поле, аналогичное попю адиабатической ловушки с двумя под3вшкнымн магнитными зеркалами, ось которого совпадает с осью основного магнитного поля, после чего а область вспомогательного поля инжектируют заряженвые частицы, а в процессе ускорения увеличивают напряженность вспомогательного поля и, изменяя его конфвгураиню, смешаюф ктгнятные зеркала к средней плоскостя основного магнитного поля.

esj

Hi

II

-4J