1
Изобретение относится к оОласти ускорительной техники.
Возможность ускорения дейтронов, а-частиц и других ядер на действующих протонных синхротронах с использованием в качестве инжекторов имеющихся линейных ускорителей приводит к необходимости значительного расширения частотного диапазона высокочастотной ускоряющей системы и, следовательно, к ее коренной реконструкции.
Известен способ двухэтапного синхротронного ускорения на разных гармониках ускоряющего поля, заключающийся в том, что первый этап ускорения начинают после инжекции частиц в камеру ускорителя на второй гармонике и продолжают до тех пор, пока частота ускоряющего поля либо превысит значение частоты в момент инжекции в два раза, либо достигнет верхней границы частотного диапазона. Во избежание потери пуч.ка частиц
переход ко второму этапу, связанному с понижением частоты ускоряющего поля в два раза и перестройкой ускоряющей системы с одной частоты на другую, осуществляют при выключенном (на время перестройки) ускоряющем поле в режиме постоянного во времени магнитного поля («стола). Второй этап ускорения начинают с повторного включения ускоряющего поля после перестройки ускоряющей системы, осуществляя повторный захват пучка в синхротрипныи режим и ускорение при последующем росте магнитного ноля. При повторном захвате частиц во второй этап ускорения и переходе магнитного поля от постоянного ко вновь растущему неминуемо происходит потеря частиц, и эффективность лерехода от первого этапа ко второму составляет от 30 до DU7o- Ь этом заключаются основные недостатки указанного способа ускорения.
для уменьшения потерь частиц при переходе от первого этапа ко второму увеличивают ведущее магнитное поле и в момент удвоения частоты обращения пучка по сравнению с частотой при инжекцни ко второй гармонике добавляют первую гармонику со сдвигом по фазе по отношению ко в горой гармонике, равным п, при этом сначала адиабатически увеличивают амплитуду первой гармоники, а затем также адиабатически уменьшают амплитуду второй гармоники.
Ускорение осуществляется на второй гармонике ускоряющего поля, т. е. также, как и на первом этапе двухэтапного режима ускорения. При достижении двухкратного значения начальной частоты ускорения и использовании несинусоидальной формы ускоряющего поля осуществляют плавный переход к ускорению на первой гармонике при непрерывном нарастании магнитного поля. Первый интеграл фазового уравнения для
-1 / eV, 1
К Ь4 «i Р -2- - Sin (2т + Т) - f 4-Cceaj где (Us-круговая частота ускоряющего ES -полная энергия равновесной частицы;AEf - прирост энергии равновесной частицы за один оборот; /f1 Iл1 . А 5 - 1 + (2r.)n-r/,i(l-n) п- показатель спада магнитного поля по радиусу; Ri - радиус .равновесной орбиты; L- суммарная длина прямолинейных промежутков; PS-относительная скорость равновесной частицы; 1, Vli - соответственно амплитуды ускоряющего поля первой и второй гармоник; Ф-фаза ускоряющего поля; - постоянная интегрирования для сепаратрисы. Постоянная Ссеп определяется из условия, что при , а ф5 может быть найдено из уравнения Д el/1 cos f.. + eVii cos (у - .), и таким образом Ссеп . I cos Р + - cos (Y - 2f 0 k. -f + (. 42) Форма и размеры области фазовой устойчивости всецело зависят от соотношения между амплитудами гармоник и фазового сдвига между ними. Очевидно, что наибольший фазовый размер имеет место при . Способ иллюстрируется чертежами (фиг. 1 и 2). На фиг. 1 показаны области устойчивости ограничиваемые сепаратрисами, вычерченны ми в соответствии с уравнениями (1) и (2) при для следующих пяти случаев: 1) 1/J 0; еУп 2) eVn 3) I/I --- Vii; eVn - eVi - 4) l/ii -. I/I 12; el/, 5) l/n 0; eVi (1) сепаратрисы имеет вид: Как следует из фиг. 1, при ускорении в пером случае на второй гармонике () имется два сгустка, соответствующие двум обастям устойчивости, обозначенным цифрами 1. Если в ускоряющее напряжение ввести первую гармонику и постепенно увеличивать ее амплитуду, то эти области устойчивости будут сближаться (см. сепаратрисы 2, соответствующие второму случаю, по.ка не сольются в одну (СМ. область устойчивости 3, соответствующую третьему случаю). Если затем начать уменьщать амплитуду второй гармоники, оставляя амплитуду первой постоянной, то это приведет к дальнейшему изменению размеров и формы области устойчивости, как показано на фиг. 1 (СМ. сепаратрисы 4 и 5 для четвертого и пятого случаев. ia основании проведенного анализа предложено осуществлять плавный переход от ускорения на второй гармонике к ускорению на первой гармонике в режиме непрерывно нарастающего магнитного поля путем добавления в момент перехода ко второй гармонике ускоряющего поля первой гармоники и плавного увеличения ее амплитуды, а затем плавного уменьшения амплитуды второй гармоники до ее полного исчезновения. Выбирая соответствующее соотношение между амплитудами первой и второй гармоник (фиг. 2) и ско:рости плавного изменения амплитуд, можно обеспечить постоянство или даже некоторое увеличение площади области устойчивости, что позволяет сохранить все частицы в процессе рассматриваемого перехода и, тем самым, повысить эффективность двухэтапного ускорения. Формула изобретения Способ ускорения тяжелых частиц в синхрофазотроне, заключающийся в двухэтапном синхротронном ускорении иа второй гармонике ускоряющего поля на первом этапе и на первой гармонике - на втором, отличающийся тем, что, с щелью уменьшения потерь частиц при переходе от первого этапа ко второму, увеличивают ведущее магнитное поле и в момент удвоения частоты обращения пучка по сравнению с частотой при инжекции ко второй гармонике добавляют первую гармонику со сдвигом по фазе по отношению ко второй гармонике, равным я, при этом сначала адиабатически увеличивают амплитуду первой гармоники, а затем также адиабатически уменьшают амплитуду второй гармоники. Фиг. -10
