Бетатрон Советский патент 1981 года по МПК H05H11/00 

(54) БЕТАТРОН

1

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке циклических индукционных ускорителей.

Известны бетатроны, в которых инжекция электронов в ускорительную камеру осуществляется инжектором, расположенным с внешней стороны камеры бетатрона, а вывод электронного пучка осуществлен методом параметрического резонанса радиальных бетатронных колебаний 1.

Такие бетатроны могут работать только в один полупериод измерения магнитного поля, что уменьшает их среднюю интенсивность, кроме того такой бетатрон характеризуется низким напряжением инжекции и малыми токами обусловленными габаритами инжекторного устройства, а также низкой эффективностью вывода.

В известных бетатронах в случае вывода электронного пучка из ускорительной камеры он проходит в поле рассеяния полюсов и обмоток электромагнита. Для проверки пучка между стоек применяется специальное корректирующее устройство, расположенное между намагничивающими обмотками

апок-тппмягНитЯ . ЛЛ Я ПИТаНИЯ КОТОРОГО

необходим дополнительный генератор 2 .

Известен также бетатрон, содержащий магнитопровод, магнитные полюса, инжекторное и выводное устройства, причем электроды инжектора расположены в центральном зазоре в медианной плоскости бетатрона 3. Размещение инжектора в центральном зазоре обес0печивает работу в обоих полупериодах тока, возбуждающего магнитные поля бетатрона, однако ставит еще более жесткие требования к электрической прочности инжекторного устройства,

5 подводящим высоковольтным проводом, что ограничивает величину нацряжения инжекции в данной конструкции.

Цель изобретения - повысить эффективность бетатрона и уменьшить его

0 габариты и вес.

, Это достигается тем, что в полюсах над областью устойчивого движения электронов сделаны кольцевые щели, над одной из которых установлено

5 инжекторное устройство, а в другой расположено устройство вывода ускоренных электронов.

На фиг. 1 показана-схема предлагаемого бетатрона; на фиг. 2 - раз0оез А-А Фит.1. Инжекторное устройство 1 располоj sHQ над кольцевой щелью 2 полюса магиитопровода 3 и соединено с ускорительной камерой 4 патрубком 5. Коль цевые щели полюса выполнены над областью 6 устойчивого движения электронов. Обмотка 7 электромагнита расположена между внешней стенкой ускорительной камеры 4 и стойкой 8 электромагнита, В кольцевой щели 9 резмещено окно 10 для выхода электронного пучка из ускорительной камеры 4, Между ускорительной камерой 4, блоком центральных вкладышей 11 и намагничивающей обмоткой 7 расположена обмотка 12 вывода.. Бетатрон работает следующим образом, В момент инжекции электронный пучок 13, формируемый внешним инжектором 1, вводится в ускорительную каме ру 4 через патрубок 5, Величина инду ции В магнитного поля, возбуждаемог обмоткой 7 электромагнита в щели полюса магнитопровода, согласована с ускоряющим потенциалом инжекторного устройства 1 так, что электронный пу чок 13, проходя щель 2, инжектируетс в межполюсное пространство по касательной к медианной плоскости ускори теля. Под действием магнитного поля в ускоряющем зазоре, направление силовых линий которого перпендикулярно к медианной плоскости ускорителя, введенные электроны начинают двигаться по окружности с центром на ос ускорителя. При этом для обеспечения устойчивого захвата электронов в ускорение необходимо выполнение уело , , радиус равновесной орбиты; индукция магнитного поля радиусе равновесной орбиты;гх - радиус кривизны траектории ,Электрона в щели полюса на этапе ввода. В конце цикла ускорения возмущающее поле, создаваемое обмоткой 12 вывода, смещает ускоренные электроны в направлении щели 9. При достижении электроном магнитного поля щели, направленного перпендикулярно к траектории электрона, он изменяет направление движения и выходит за пределы магнитопровода. Если закон изменения во времени магнитного поля в области устойчивой орбиты В и в щелях В остается неизменным, то величина г равна величине г (2. радиус кривизны траектории электрона на этапе вывода). В случае вывода электронов через щель в полюсе магнитопровода обмотка электромагнита может быть выполнена сплошной, без окна для размещения инжектора и устройства проводки выведен ного пучка. Величину магнитного поля и, следовательно, радиус г поворота электрона можно регулировать размерами и конфигурацией щели в полюсе. Таким образом, расположение :инжекторного устройства вне электромагнита бетатрона и ввод электроного пучка через щель позволяет повысить напряжение инжекции, так как в этом слу- чае снимаются ограничения на размеры межэлектродных промежутков в инжекторе, а генератор высокого напряжения может располагаться в непосредственной близости от него. Поэтому дажев. бетатрднах на энергии порядка 6-10 МэВ можно повысить напряжение инжекции до 300-400 кВ. В настоящее время на таких установках предельным является напряжение инжекции порядка 60 кВ. Вывод электронов через щель в полюсе позволяет увеличить число частиц, выведенных за пределы магнитопровода благодаря тому, что поля рассеяния щели локализованы в небольшой области. Известно, что при прохождении выведенного пучка в области полей рассеяния Обмоток и полюсов электромагнита теряется до 30% пучка. При выводе электронов через кольцевую щель в полюсе можно избежать этих потерь. Отсутствие обмотки коррекции и генератора для ее питания, а также возможность выполнения обмотки электромагнита сплошной, без окна для установки инжектора, уменьшает габариты бетатрона, примерно вдвое снижает массу установки для бетатронов в диапазоне энергий 3-10 МэВ, Кроме того, возможна работа в обоих полупериодах возбуждающего синусоидального тока без -применения двух инжекторов, причем в предложенном бетатроне выведенный пучок электронов, ускоренных как на положительной, так и отрицательной полуволне тока, направлен в одну сторону. Формула изобретения Бетатрон,содержащий магнитопровод, ма-гнйтные полюса, инжекторное и выводное устройство, отличающийся тем,, что, с целью повышения эффективности бетатрона и уменьшения его габаритов и веса, в полюсах над областью устойчивого движения электронов сделаны кольцевые щели, над одной из которых установлено инжекторное устройство, а в другой расположено устройство вывода ускоренных электронов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Патент США № 3805202, кл. Н 05 Н, 1966, 2,ПТЭ 3, 1975, с, 32-33. 3,Авторское св1те ;елъсгво СССР to 215355, кл. Н 05 Н, 30,01,67.

12