Способ ускорения электрического кольца Советский патент 1975 года по МПК H05H9/00 

Изобретение касается ускорительной техники и может быть использовано для создания одного из вариантов коллективного ускорителя ионов. Один из известных способов ускорения электронного кольца с ионами в коллективном методе ускорения основан на переводе вращательной энергии электронов, накопленной при создании кольца, в поступательную энергию кольца в неоднородном магнитном поле. Однако при ускорении в адиабатически спадающем вдоль оси системы магнитном осевом поле размеры кольца увеличиваются пропорционально энергии кольца и обратно пропорционально корню квадратному из напряженности магнитного поля, что резко снижает эффективность ускорения и усложняет практическое использование способа. Метод сохранения большого радиуса электронного кольца путем выполнения бетатронного условия 2 : 1 для магнитного поля на всем пути ускорения крайне сложен конструктивно и требует весьма большой мощности питания соответствующего центрального соленоида. Цель изобретения - уменьшение потерь частиц и повышение стабильности размеров электронного кольца. Цель достигается путем применения принципа частичного и ограниченного перевода вращательной энергии электронного кольца в поступательную в неоднородном винтовом магнитном поле. Такое магнитное поле создается, например, при протекании переменного во времени тока вдоль оси системы, и при определенном соотношении напряженностей осевой и азимутальной составляющих магнитного поля вращательная энергия частично переходит в поступательную с сохранением или ограниченным изменением размеров кольца. Большой радиус R кольца в винтовом магнитном поле для случая осевого тока может быть найден из выражения (Z} + P C vl-PCVz t - 2, где Р туМ - азимутальный момент количества движения электронов; шн (Z) - циклотронная частота электронов в ноле Нг(Z), Б конце ускорения, когда Нг О, кольцо приобретает поступательную скорость + ЯМ-Р/2.

При Р 0,3 радиус R с изменением сон (Z. практически не меняется.

Азимутальная составляющая магнитного поля существует на протяжении всего тракта установки генерирования заряженных колец (адгезатор) и системы ускорения. При этом на начальном этапе, когда кольцо создается в адгезаторе, эта составляющая адиабатически нарастает во времени, выполняя функции центрирования кольца и изменения (увеличекия) частот бетатронных колебаний электронов в нем; в процессе вывода и ускорения она практически не меняется (может медленно уменьшаться в конце ускорения). На этом этапе азимутальная составляющая магнитного поля также выполняет функции центрирования кольца относительно оси системы, но главное, обеспечивает постоянство его радиуса (или медленное и контролируемое изменение) в процессе ускорения в адиабатически спадающем вдоль оси системы осевом магнитном поле.

Азимутальную составляющую магнитного поля можно создать путем пропускания изменяющегося во времени электрического тока по центральному проводнику, расположенному вдоль оси установки для создания и ускорения электронного кольца; при этом обратным проводником могут служить внещний металлический цилиндр и стенки камеры адгезатора.

Предлагаемый способ ускорения электронного кольца в неоднородном винтовом поле сравнительно прост в практическом осуществлении и не требует чрезмерно больщих мощностей питания. Улучщены физические ха-. рактеристики кольца, в частности уменьщены потери энергии на излучение и потери частиц на стенках камеры.

Предмет изобретения

Способ ускорения электронного кольца с ионами в спадающем осевом магнитном поле, отличающийся тем, что, с целью уменьщения потерь частиц и повыщения стабильности размеров кольца, на протяжении всего тракта формирования и ускорения кольца дополнительно создают азимутальное магнитное поле, напряженность Н- которого выбирают так, чтобы выполнялось соотнощение

я„

0,1

,

HZO

- напряженность осевого магнитного