(54) ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ
Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц, в частности к линейным индукционным ускорителям (ЛИУ).
Известен линейный индукционный ускоритель, в области ускорения которого размещен соленоид, равномерно распределенный по ускорительной системе и присоединенный к ней (иди части ее) одним концом непосредственно, а другим - через управлямый коммутатор, и заряженный от внешнего источника конденсатор.
При таком вьшолнйнии ЛИУ обеспечивается создание в области ускорения продольного магнитного поля при разряде конденсатора через соленоид и улучшается однородность электрического поля.
Однако в известном ЛИУ имеет место дефокусировка пучка на выходе ускорителя вследствие приобретения заряженными частицами вращательного импульса при пересечении радиального магнитногопотока в конце соленоида. Это означает, что в пространство дрейфа (область без внешних магнитных или электрических полей) частицы вступают с определенными азимутальными компонентами скорости, и пучок на выходе становится не просто расхдящимся, а приобретает вид вращающегося расходящегося потока, что приводит к резкой расфокусировке пучка.
При ускорении ийтенсивных электронных потоков , когда в начале ускорения необходима значительная напряженность магнитного поля, а катод не экранирован, дефокусировка будет максимальной. В случае частичной экранировки катода знак импульса противоположен знаку закручивающего импульса, который получают частицы во пересечения дополнительным магнитным потоком границы пучка в переходной области между катодом и участком однородного магнитного поля соленоида. Однако во всех случаях импульсы не компенсируют друг друга в связи с величением энерпш частиц и разницей магнитных потоков (из-за изменения прюфиля пучка): вошедшего в в начале ускорения и выходящего из него. Расфокусировка начинается с места спада магнитного поля в соленоиде, практически на расстоянии от его конца, равном радиусу соленоида. Поэтому приемник ускоренного пучка тоже должен находиться в продольном магнитном поле, что не всегда удобно, а иногда и неприемлемо. однородности продольного магнитного поля; в част ности, для сохранения равновесного радиуса пучка ускоряемых электронов магнитное поле должно уменьшаться обратно пропорционально корню квад ратному из импульса частицы. Кроме того, в них отсутствуют фокусирующие составляющие электрического поля в однородном электрическом поле соленоида (кроме начала соноида). Целью изобретения является создание в области ускорения ЛИУ фокусирующих магнитного и электрического полей, позволяющих регулировать профиль пучка вдоль тракта ускорения и обеспечивающих эффектив ный вывод пучка из ускорителя. Это достигается заменой соленоида однослойной катущкой, выполненной из последователь но соединенных секций с встречной намоткой витков. Такая катушка позволяет формировать аксиально- симметричное знакопеременное вдоль оси ускорения фокусирующее магнитное поле, а такж дает возможность варьировать периодичность попя и изменять Г например,, снижать) по необходимому закону вдоль ускорительного тракта амплитуду напряженности магнитного поля (изменением длины секций и щага намотки витков). Ускоряющее электрическое поле вдоль оси ЛИУ также является фокусируюцдам, так как напряженность поля пульсирует, в связи с неравномерностью распределения индуктивности между витками каждой секции (при условии, что -- сХ) L где паразитная емкость между начальным и конечным витками секций, d, - ее индуктивность, ЦУ - частота ускоряющего поля). Фокусирующее действие таких полей для интенсивных потоков заряженных частиц может быть объяснено следующим образом, В области, где индукция имеет большую величину, магнитные фокусируюшие силы и силы радиального электрического поля соленоида преобладают над силами объемного заряда пучка, в результате чего поток частиц сжимается. В области, где магнитная индукция мала, преобладают силы объемного заряда, и ноток расширяется. Однако, попадая затем снова в область сильного поля, поток вновь сжимается и т. д. Таким образом, магнитное и электрическое поля в среднем за период уравновещивают действие объемного заряда и компенсируют разницу азимутальных импульсов на входе и выходе периода, образующуюся из-за изменения (увеличения) энергии частиц под действием продольной составляющей электрического поля на длине периода фокусировки. Это означает, что на выходе ускорителя вращательный импульс частиц будет значительно слабее, чем в случае фокусировки соленоидом, а пучок будет просто расходящимся под действием объемного заряда. Кроме того, периодическое магнитное поле может быть ограничено за ускорителем обычной магнитной линзой (с броневым сердечниом или без него) или продолжено добавлением юбого числа подобных линз. На чертеже схематически изображен предложеный ускоритель в разрезе и показано качественное распределение магнитного Н и ускоряющего электрического Е полей на оси ускорителя. Катушка 1, состоящая из последовательно вклю ченных секций с встречной намоткой витков и соединенная одним концом с заземленной пластиной АВ вторичного контура ABC О , помешена в ускоряющий зазор AD . Другой конец катушки присоединяется к пластине С D вторичного контура через кондек сатор 2 и коммутирующий элемент 3. Заряженный от источника напряжения через сопротивление 4 конденсатор 2 разряжается при срабатывании коммутируюшего элемента 3 через цепь, состояшую из контура ABCD и катушки 1, создавая внутри ее знакопеременное аксиально-симметричное периодическое магнитное поле В. Когда магнитное поле достигает необходимой величины, включаются цепи питания обмоток магнитопроводов 5. При одновременном изменении в каждом магнитопроводе потока Ф в ускоряющем зазоре AD возника,dVI ет разность потенциалов - TJ- v П - т-шсло магнитонроводов). которая прикладывается к катушке, ecjm -- г , где л. шс к индуктивность катушки, С - емкость конденсатора 2,U - частота ускоряюшего поля. Подбором параметров цепи, создающей магнитное поле, в частности индуктивности катушки, можно добиться, чтобы ток, проходящий через катушку под действием разности потенциалов бьш меньше тока, протекающего по ней от разряда конденсатора 2, что важно для уменьшения возмущений распределения магнитного поля во время ускорения. Кроме того, ток в катушке под действием Е не должен заметно уменьшать ускоряющую разность потенциалов. Предложенную фокусирующую систему рекомендуется применять для сильноточных импульсных ускорителей. Формула изобретения Линейный индукционный ускоритель, содержаший индукционные магнитные катушки, ускоряющую систему и фокусирующее устройство, выполненное в виде катушки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности вывода пучка из ускорителя и обеспечения регулировки равновесного радиуса пучка вдоль тракта ускорения, катушка выполнена из последовательно соединенных однослойных секций с чередующимся направлением намотки витков. х
