АН СССР Советский патент 1973 года по МПК H05H9/02 

1

В линейном ускорителе электронов частицы взаимодействуют с продольной электрической компонентой электромагнитного поля, причем для эффективного взаимодействия требуется, чтобы фазовая скорость электромагнитной волны возрастала в такой же мере, Б какой увеличивается скорость ускоряемой частицы. Для этого применяют замедляющую систему типа дифрагмированного волновода дециметрового диапазона длин волн, обеспечивающую необходимый закон изменения фазовой скорости электромагнитной волны и соответствующую амплитуду электрической компоненты основной (прямой) пространственной гармоники электромагнитного поля. Инжектирование частиц осуществляется по оси аксиальной симметрии замедляющей системы со скоростью частиц порядка 0,4-0,5 скорости света, которая легко достигается применением инжектора с напряжением 50-80 кв.

Однако данная замедляющая система не может быть применена для ускорения .тяжелых заряженных частиц, так как напряжения инжекции, требуемые для получения скорости частиц порядка 0,4-0,5 скорости света, будут увеличены по сравнению со случаем ускорения электронов в число раз, равное отношению массы протона к массе электрона, что потребует применения напряжения порядка сотни мегавольт. Применение умеренных напряжений инжекции (сотни киловольт - несколько мегавольт) соответствует скорости инжектирования частиц порядка сотых долей скорости света. Необходимое при этом замедление электромагнитной волны приводит к тому, что амплитуда электрической компоненты электромагнитного поля на оси замедляющей системы типа дифрагмированный волновод уменьшается практически до нуля. В связи с этим невозможно получить большие приращения энергии частиц на один сантиметр длины ускоряющей системы.

Цель изобретения - нолучить приращение энергии протонов более 10 Мэв/м в диапазоне энергий 1 -100 Мэв и уменьшить размеры ускорителя протонов.

Это достигается тем, что инжектор протонов и генератор СВЧ-энергии подсоединены к противоположным концам замедляющей системы, выполненной в виде встречных штырей в волноводе, щаг которых выбран возрастающим от входного инжекционного конца к выходному в соответствии с законом изменения скорости равновесной частицы.

На чертеже представлен описываемый ускоритель с одной ускоряющей структурой.

Он состоит из инжектора 1, участка формирования 2 и четырех ускоряющих структур, каждая из которых содержит замедляющую систему типа встречных штырей 3, генератор

электромагйИтной энергии 4 и фокусирующую систему 5.

В ускорителе используют замедляющую систему дециметрового диапазона длин волн, причем такую, что протоны ускоряются в результате взаимодействия с продольной электрической компонентой, обратной пространственной гармоники бегущей волны.

В процессе ускорения непрерывно инжектируемый (в течение длительности импульса высокочастотных колебаний) пучок протонов диаметром порядка 1-2 см из инжектора с энергией порядка 1 Мэв через участок формирования, где он сжимается до диаметра 2-2,5 мм, поступает в замедляющую систему типа встречных штырей переменного шага, обеспечивающего выполнение условия синхронизации протонов с фазовой скоростью минус первой (обратной) пространственной гармоники электромагнитного поля бегущей волны. Последняя поступает в замедляющую систему от генератора дециметрового диапазона волн. Поперечная устойчивость ускоряемых частиц обеспечивается внешним магнитным полем фокусирующей системы 5.

В таком ускорителе при применении генераторов электромагнитных колебаний мощностью порядка 20 Мет с длиной волны 16,5 еж напряженность электрической продольной компоненты минус первой (обратной) пространственной гармоники достигает сотен киловольт на один сантиметр длины ускоряющей системы при диаметре ее менее 6 см.

Предмет изобретения

Линейный ускоритель протонов, содержащий инжектор, участок формирования, генератор СВЧ-энергии, фокусирующую систему и замедляющую систему, отличающийся, тем, что, с целью получения приращения энергии протонов порядка 10 Мэв/м длины ускоряющей системы и уменьшения габаритов ускорителя, инженер протонов и генератор СВЧ-энергии подсоединены к противоположным концам замедляющей системы, выполненной в виде встречных штырей в волноводе, шаг которых выбран возрастающим от входного инжекционного конца к выходному в соответствии с законом изменения скорости

5 равновесной частицы.