Способ ускорения заряженных частиц в бататроне Советский патент 1981 года по МПК H05H11/00 

1

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц и может быть использовано при разработке бетатронов, синхротронов и накопительных установок,

Известный способ ускорения заряженных частиц в бетатроне заключается в том, что частицы инжектируют и ускоряют в области действия фокусирующих сил, причем показатель спадения поля И в этой Области выбирается в пределах ,

Известный способ не позволяет увеличить радиальные размеры этой области, площадь поперечного сечения которой определяет количество частиц, ускоряемых в одном цикле, без соответствующего увеличения ее вертикального размера. Последнее приводит к увеличению габаритов и веса намагничивающих катушек всего ускорителя.

Предлагаемый способ ускорений заряженных частиц в бетатроне отличается от известного тем, что, с целью увеличения количества ускоряемых в одном цикле частиц, частицы инжектируют и ускоряют в области поля на границах которой и выбирают в пределах ,

Благодаря этому увеличивается радиальный размер области действия фокусирующих сил, а, следовательно и площадь поперечного сечения этой области, практически без увеличения вертикального размера этой области. На фиг, 1 графически показан ме. ханизм возникновения фокусирующих сил; на фиг, 2 - радиальное измене0

ние показателя спадания поля h; на фиг, 3 - изменение потенциальной функции; на фиг, 4 - вид фазовых траекторий; на фиг, 5 и 6 - пример выполнения полюсов электромагнита.

15 На фиг, 1-4 для сравнения пунктиром показаны соответствующие характеристики известного способа ускорения.

Предлагаемый способ ускорения основан на видоизменении механизма

0 радиальной фокусировки частиц. Если в известном способе ускорения управляющее магнитное поле обеспечивает . равенство центробежной силы FC ( FC

Y)V

5

г -рг) центростремительной силе Лоренца FL, (Pb-|-V )) только в точках радиуса (только в точках равновесной орбиты), то по предлагаемому способу параметрц управляющего поля

0 выбираются таким образом, чтобы равенство FI, - F(- выполнялось на некотором интервале радиусов ду- . Это достгается тем, что на указанном интервале Лг показатель спадания выбирают равным единице (см. фиг. 1 и 2), так как этот закон изменения управляющего поля вытекает из следующего соотношения:

Jnyi J.,., с zcr)

откуда

УУ1 УС const

И 2() h F

Таким образом, на этом интервале на частицы не действует радиальновозвратная сила, но частицы испытывают сильную фокусировку по у -напралению. За пределами указанного интервала О VI 1 на частицы, отклонившиеся в любом направлении, будет дествовать возвращающаяся сила, причем частицы, отклонившиеся в К-направлении, будут совершать колебания относительно крайних радиальных точек этого равновесного участка (см. фиг. 46). С колебательной точки зрения такая система в радиальном направлении эквивалентна некоторой системе с зоной нечувствительности. Следовательно, увеличивая радиальный размер области действия фокусирующих сил, амплитуды бетатронных колебаний можно оставить прежними, а значит и вертикальный размер области и межполюсного зазора можно оставить практически без изменения.

Плотность ускоряемых частиц в пучке определяется величинами фокусирующих сил, но и при равных величинах фокусирующих сил количество ускоряемых частиц в данном случае будет больше вследствие большего объема, занимаемого пучком (см.фиг.

Равновесная орбита в подобном ускорителе имеет вид бесконечно тонкого равновесного кольца.

Предлагаемый способ может быть реализован, например, в бетатроне с азимутальнойвариацией управляющего Поля.

Полюса электромагнита бетатрона с азимутальной вариацией поля

.fc

сриг. 1

(см. фиг. 5 и 6) имеют центральную часть 1 и гребни 2, выходящие из центральной части 1, Изменяя профиль боковых поверхностей 3, гребней 2 и поверхностей 4, обращенных к межполюсному зазору А, можно получить необходимый закон изменения поля. Необходимо иметь ввиду, что в бетатронах изменение центробежной силы F(;;(l) эквивалентно изменению средней по площади круга радиуса t индукции поляВ2() t а изменение силы Лоренца с учетом бетатронного соотношения эквивалентно изменению ) (Г ) усредненная по азимуту иядукция управляющего пол я.

Радиальный участок, в любой точке которого для частиц заданной энергии соблюдается равенство центробежной и центростремительной сил может быть выполнен и в бетатроне с азимутально-однородным управляющим полем, а также в синхротроне соответствующим изменением профиля поверхностей полюсов, образующих межполюсной зазор, либо витками с током, уложенными на эти поверхности п определенному закону.

Предлагаемый способ ускорения позволяет увеличить приблизительно в 1,5-2 раза площадь области действия фокусирующих сил и тем самым понизить габариты, вес и потребляемую мощность питания, приходящиеся на единицу мощности дозы излучения.

Формула изобретения

Способ ускорения заряженных частиц в бетатроне, заключающийся в том, что частицы инжектируют и ускоряют в области действия фокусирующих сил, показатель спадания и магнитного поля,в которой заключен в пределах , отличающийся тем, что, с целью увеличения количества частиц, ускоряемых в одном цикле, частицы инжектируют и ускоряют в области поля с , на границах которой выполняется соотношение .

У

Г

fc У/

JZL

фаг.1

Г, Г, г,

фиг-З