Способ поддержания изохронизма в релятивистком циклотроне Советский патент 1979 года по МПК H01H13/00 

димости независимой калибровки каждого тракта.

Операция оиределения Д6 (г) связана с дифференцированием измеряемой зависимости фазы иучка от радиуса. В этом состоит второй недостаток известного сиособа иоддержания изохронизма, так как дифференцирование эксиериментальной зависимости ф(г) ириводит к значительным иогрешностям.

Третий недостаток известного сиособа связан с необходимостью иреобразования (понижения) частоты исследуемого сигнала, что обычно ириводит к ограничению иолосы всей измерительной аннаратуры величиной порядка 100 кГц.

В современных циклотронах, рассчитанных на ускорение разных частиц и регулирование их конечной энергии, частота обращения частиц изменяется в широких иределах (в два-три раза). Это приводит к необходимости каждый раз ири изменении режима работы циклотрона перестраивать по частоте фазометрические тракты системы стабилизации ио фазе пролета.

Цель изобретения - повышение точности поддержания изохронизма.

Это достигается использованием коррекции магнитного поля по частоте обращения частиц, для чего пучок временно переводят в режим циркуляции за счет модуляции ускоряющего напряжения.

Циркулирующий пучок получают, используя импульсный режим работы генератора ускоряющего наиряжения. Так как ускорение сгустка от центра циклотрона (или от радиуса инл екции) до определенного радиуса требует некоторого времени т (порядка 100 мкс), то частицы, инжектируемые в ускоритель в течение времени т перед выключением ускоряющего напряжения, не ускоряются до конечной энергии, а продолжают циркулировать на промежуточных радиусах. При это вся камера ускорителя от начального до конечного радиусов заполняется циркз лирующими сгустками.

Циркулирующий сгусток, проходя под индукционным датчиком тока пучка, наводит на этом датчике сигналы, частота следования которых равна частоте обращения сгустка. Она может быть измерена, например, электронным частотометром с высокой степенью точности.

Точность измерения частоты электронным частотометром зависит от величины измеряемой частоты и времени измерения. Частота обращения частиц в циклотроне обычно порядка . При времени измерения с будет сосчитано 10 импульсов и точность измерения частоты будет порядка 1.0-5.

Для реализации предлагаемого способа необходим циркулирующий (вращающийся без ускорения) пучок. Если циклотрон работает непрерывно (без модуляции ускоряюи1его наиряжения), то для получения циркулирующего пучка необходимо специально вводить модуляцию ускоряющего напряжеНИИ. В циклотронах, работающих в импульсном режиме (в таком режиме работают, например, циклотроны У-200 и У-300 лаборатории ядерных реакций, циклотрон Института атомной энергии), можио использовать существующую модуляцию ускоряющего напряжения.

Необходимая периодичность измерения и коррекции отклонений от изохронизма зависит от постоянной времени магнита, которая обычно в циклотронах порядка секунды. Поэтому для измерения частоты обращения достаточио промодулировать з скоряющее напряжение с периодом, например 1 с и длительностью паузы, например,

10 мс. При этом циклотрон будет работать в квазинепрерывном режиме. Уменьшение средней интенсивности составит 1%. Для реализации режима циркуляции циклотрон иереводят в квазинепрерывный режим работы с отношением длительности импульса тока к периоду, равным 99%.

На чертеже приведена схема системы для автоматического поддержания изохронизма по частоте обращения.

Она содержит импульсный генератор 1, синхронизатор 2, модулятор 3 ускоряющего напрял:ения, индукционные датчики 4 электронные счетчики 5, коммутатор 6 входов, ЭВМ 7, коммутатор 8 выходов, преобразователь 9 код - аналог, источник 10 питания, корректирующие обмотки 11.

В течение паузы циркулирующий без ускореиия пучок наводит на индукционных датчиках 4, распределенных по радиусу,

сигналы, частота которых измеряется электронными счетчиками 5.

Число индукционных датчиков выбирают равным числу корректирующих катушек; обычно в изохронном циклотроне это число

порядка 10-20. К каждому индукционному датчику подключен собственный электронный счетчик, который сосчитывает число импульсов, поступающих с индукционного датчика в течение времени счета (примерно

равно времени паузы ускоряющего напряжения). Это число импульсов пропорционально частоте обращения частиц.

Измеренные таким образом частоты обращения частиц на разных радиусах, т. е.

зависимость частоты обращения от радиуса, передается через коммутатор в ЭВМ 7, где сравнивается с расчетной частотой обращения, величина которой хранится в памяти ЭВМ. Таким образом определяют отклоиения частоты обращепия от расчетной, линейно связанные с отклонениями величины магнитного поля от изохронного значения на тех же радиусах. Таким образом, следующая операция, которую выполняет

ЭВМ, - это пересчет измеренных отклоне