Линейный ускоритель заряженных частиц Советский патент 1976 года по МПК H05H9/00 

(54) ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

1

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано при проектировании линейв1ых ускорителей - инжекторов для кольцевых ускорителей.

Известно, что при инжекции частиц в возрастающее магнитное поле целесообразно использовать линейные ускорители, на выходе которых могут быть получены пучки частиц с энергией, нарастающей в течение импульса. Для этого используют специальную систему внутренней перестройки сгустков частиц по энергиям (дебанчер) совместно с монохроматизирующим резонатором (волновод), в котором фаза высокочастотного поля модулируется по определенному закону, что эквивалентно возбуждению на частоте, отличной от частоты основных ускоряющих секций. Построенный по такому принципу известный линей(ый ускоритель работает следующим образом.

Пучок на выходе основного ускорителя представляет собой периодическую последо- ватель15 ость сгустков, следующих один за другим с частотой Jo Фазовая длина

каждого сгустка равна 6 Ч , и частицы внутри сгустка в общем случае беспорядочно распределены по энергиям. Частицы с разной энергией проходят дебанчер за разное время, поэтому на выходе дебанчера создается определенная корреляция между энергией частицы и ее положением в растянутом сгустке. Да.чее сгустки пропускают через монохроматизирующий резонатор, который уменьшает энергетический разброс частиц в каждом сгустке, сопоставляя частицам с меньщей энергией больщее поле. При этом модулируют фазу высокочастотного поля в монохроматизирующем резонаторе так, что каждый предшествующий сгусток проходит через резонатор в меньшем поле, чем каждый последующий; в результате средняя энергия сгустков частиц в течение импульса плавно возрастает.

Однако в известном ускорите.ле диапа зон изменения фаз сгустков, а следовательно, и их энергии при прочих фиксированных параметрах устройства существенно огра- ниченъ1.Это объясняется тем, что в общем случае изменение средней энергии сгустков

и одноврекенная монохроматизация частиц внутри сгустка для некоторых сгустков, несовместимы. Напрмер, если крайние в импульсе сгустки проходят через резонатор в положениях А и Б (фиг. 6), когда изменение средней энергии от сгустка А к Б максимально, монохроматизация в этих сгустках вовсе отсутствует. Кроме того, степень монохроматизации изменяется в зависимости от крутизны участка синусои- ды, где расположен сгусток. Таким образом, перемещение сгустков по фазе поля для модуляции их энергии допустимо только в линейной части синусоиды монохро- матизирующего поля.

Цель изобретения - улучшение cTeneiiK монохроматизации и сокращение протяженности камеры дрейфа.

Цель достигается тем, что в предлагаемом линейном ускорителе между основным ускоряющим трактом и системой внутренней перестройки сгустков частиц по энергиям (дебанчером) расположена секция, модулирующая среднюю энергию сгустков причем основные ускоряющие секции соеди- неЕ€ы с генератором ВЧ колебаний на частоте Q , модулирующая секция соединена с генератором ВЧ колебаний на частоте fjjifc 4., а секция монохроматора соединена с генератором ВЧ колебаний на частоте f , равной частоте следования сгустков на выходе дебанчера и отличающейся от fg и ; генераторы различных частот

связаны с возбудителем ВЧ колебаний на частоте -f через фазирующие элементы и все генерирующие элементы соединены с си нхро низат ором.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого линейного ускорителя, один из возможных вариантов; на фиг. 2 - графически показаны фазовая длина сгустка v распределение частиц в нем по энергиям в известном линейном ускорителе; на фиг. 3 - то же в растянутом сгустке; на

фиг. 4 - сгусток, пропущенный через монохро матизируюший резонатор; на фиг, 5 график изменения средней энергии сгустка частиц в течение импульса; на фиг. 6 график изменения средней энергии в случае отсутствия монохроматизации для известного линейного ускорителя.

Предлагаемый линейный ускоритель содержит источник 1 заряженных частиц; основной ускорительный тракт 2 (диафраг- fvinpoBaHHbm волновод); модулирующую секцию 3; магниты 4 дебанчера со средними траекториями 5 сгустков; монохроматизирующую секцию б, клистрокные генераторы 7, 8, 9 ВЧ колебаний; фазирующие

элементы 10; возбудитель 11 и синхронизатор 12.

Работае линейный ускоритель следующим образом.

Импульс синхронизатора 12 включает игущульсное питание возбудителя 11, генераторов 7, 8, 9 и источника 1 заряженных частиц. Источник 1 -инжектирует в основной ускорительный тракт 2 импульсную последовательность частиц.

Возбудитель 11 возбуждается на частоте fo и через фазирующие элементы 10 возбуждает генераторы 7, 8, 9, которые в последовательности, указанной импульсами синхронизатора 1.2, и в соответствии с формой высоковольтного импульса питания возбуждаются соответственно на частотах fo fJ f 2. питают ВЧ энергией секции 2, 3, 6. В результате этого пучок частиц, проходя через тракт (секцию) 2, группируется и ускоряется в поле бегущей волны (частота jg ) до релятивистской энергии, в секции 3 модулируется по энергии от сгустка к сгустку в поле бегущей волны с частотой -f и поступает на вход дебанчера. Промодулиро ванные по средней энергии сгустки частиц пройдя через магниты дебанчера по траекториям 5, изменяют частоту следования с f На f« Так как монохроматизирую

щая секция 6 возбуждена также на частоте f 2 , то сгустки, поступившие в нее, оказываются одинаково сфазированными относительно ускоряющего поля, что позволяет выбрать наилучщие (по фазе поля) условия для монохроматизации и предотвращает добавочную модуляцию энергии в секции 6.

Таким образом, на выходе линейного ускорителя может быть получен пучок, электронов с малым энергетическим разбросом в пределах сгустка, заключенным для каждого сгустка в пределах сепаратрисы кольцевого ускорителя. Средняя энергия сгустков при этом следует за изменением магнитного поля, а изображение пучка на фазовой плоскости непрерывно следит за движением аксептанса кольцевого ускорителя в фазовом пространстве

Для реализации на выходе ускорителя отношения д Е/Е i 0,2% могут быть выбраны следующие условия:

Фазовая протяженность ф сгустков на выходе основной части ускорителя, рад Частота , Мгц Энергия частиц в начальной части импульсе, Мэв4О Длительность импульса, мксек5 Нарастание энергии пучка, %10 Энергия частиц в конце импульса, Мэв44 Необходимая разница частот f и jo , КГЦ44 Необходимая разница частот f2 « to Предлагаемый линейный ускоритель пр работе основных узлов на указанных час тах способен обеспечить эффективную мн оборотную инжекцию и повысить коэффиц захвата частиц в кольцевом электронном синхротроне со слабой фокусировкой. Формула изобретения Линейный ускоритель заряженных частиц, содержащий последовательно расположенные основной ускорительный тракт, камеру дрейфа для перестройки сгустков частиц по энергиям имонохроматизируюхцую секцию, отличающийся тем, что, с целью улучшения степени монохроматизации исокращения протяженяости камеры дрейфа, между камерой дрейфа и основным ускорительным трактом расположена секция для модуляции средней энергии сгустков, а камера дрейфа помещена между полюсами отклоняющих магнитов.

Фиг./

w

5

9

6(р

Фиг.г

о

у/////////////

ФигЗ