Коллективный ускоритель ионов Советский патент 1981 года по МПК H05H9/00 

(54) КОЛЛЕКТИВНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ

1

Изобретение касается ускорительной техники, в частности устройств, использующих для ускорения положительно заряженных частиц до высоких энергий коллективные собственные поля, создаваемые пучками электронов.

Известен коллективный ускоритель ионов , в котором электронное кольцо большой плотности создается в плоской вакуумной камере, расположенной в магнитном поле, создаваемом системой трех°пар концентрических катушек. Магнитное поле, создаваемое этими катушками, обеспечивает формирование вращающегося электронного кольца большого радиуса и последующее его сжатие с одновременным ускорением электронов пучка до энергии 25 МэВ. В сформированное таким образом электронное кольцо большой плотности вводятся ионы, подлежащие ускорению, а затем с помощью дополнительных катушек полученное электронно-ионное кольцо переводитс.я в ускоряющую систему.

Однако этот коллективный ускоритель ионов имеет сложный по конструции компрессор и большую потребляемую мощность питания. В нем трудно преодолеваются неустойчивости, воэникающие при одновременном сжатии и ускорении электронного кольца, и необходимо сочленять компрессор с ускоряющей системой.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является коллективный ускоритель ионов, содержащий обмотку компрессора для получения электронно-ионного кольца, ус0коряющий соленоид со спадающим полем и вакуумную ускорительную камеру коаксиального типа, выполненную, например, в виде двух коаксиально расположенных полыХ цилиндров 3.

5

Недостатком этого ускорителя также является большое потребление мощности из-за необходимости формирования электронного кольца переменного радиуса в большом объеме.

0

Цель изобретения - снижение потребляемой мощности и уменьшение габаритов ускорителя.

Это достигается тем, что во внутреннем проводнике ускорительной ка5меры установлен ферромагнитный сердечник, выполненный, например, в виде набора дисков из ферромагнитного материала,.разделенных диэлектричес-кими прокладками, .обмотка компрессора выполнена в виде расположен0

ных внутри ускоряющего соленоида катушек, оси которых совпадают с осью ускорительной камеры, одна из катушек имеет плотность намотки, постоянную по длине и увеличенную ,на концах так, что в сочетании с ферромагнитныМ сердечником в области усКорительной камеры выполняется 6етатронное соотношение 2:1, а другая катушка выполнена с переменной плотностью намотки по длине, причем градиент плотности намотки противоположен градиенту плотности намотки ускоряющего соленоида.

На фиг. 1 показан предлагаемый коллективный ускоритель ионов, общий вид на фиг. 2 временные диаграммы токов, питающих обмотки ускорителя.

Ускоритель состоит из катушки 1 компрессора с постоянной плотностью намотки по длине, ионного источника 2, ферромагнитных дисков 3, диэлектрических прокладок 4, ускорительной камеры 5, участков 6 катушки компрессора 1 с увеличенной плотностью намотки, системы 7 инжекции электронов, второй катушки 8 компрессора с переменной плотностью намотки, ускоряющего соленоида. На диаграмме: D -форма импульса тока в обмотке 1, Jj.-форма импульса тока в обмотке 8, 0 -форма импульса тока в обмотке 9.

Обмотка 1 совместно с ферромагнитными дисками 3 формирует однородное электромагнитное поле, имеющее на краях рабочей области ус-корительной камеры 5 магнитные пробки и обеспечивающее выполнение соотношения 2:1 во всем объеме ускорительной камеры. Источником электронов является система 7 инжекции. Обмотка 8 Обеспечивает сжатие цилиндрического пучка электронов в направлении к источнику 2, из которого в релятивистское электронное кольцо вводятся положительно заряженные ионы. Для ускорения электронно-ионного кольца служит обмотка 9.

От источника питания по обмотке 1 в момент времени -Ь пропускается импульс тока П, производится инжекция электронов в момент времени t и их ускорение до требуемой энергии. В конце ускорения в камере образуется цилиндрический пучок релятивистских электронов, так как в.процессе ускорения почок сжимается лишь в радиальном направлении.

По достижении электронами заданно энергии в момент -Ь2. включается генератор тока i на обмотку 8, которая благодаря неравномерной плотности намотки создает поле, спадающее в направлении, показанном стрелкой а. Возникающая при этом радиальная составляющая магнитного поля обеспечивает сжатие цилиндрического пучка в аксиальном направлении в сторону

стрелки а. С помощью источника 2 в полученное электронное кольцо большой плотности в момент , вводятся ионы таким же образом, как это делается в известных коллективных ускорителях. После получения электронно-ионного кольца включается обмотка 9, которая имеет большую намагничивающую силу, чем обмотка 8 и поэтому (В области ускорительной камеры создается поле, спадающее в направлении стрелки б. Взаимодействие электронов кольца с радиальной составляющей спадающего поля приводит к ускорению электронно-ионного кольца в направлении, показанном стрелкой б как это имеет место в известных и обретениях по ускорению колец в статическом спадающем поле.

Таким образом, в предлагаемом коллективном ускорителе устранено разделение на компрессор и собственн ускоритель электронно-ионного кольца. Процесс формирования электронного кольца и ускорения осуществляется в камере ускорителя электронноионного кольца. Благодаря этому отпадает необходимость в дорогой и сложной в изготовлении ускорительной камеры компрессора, а также в дополнительных устрфйствах транспортировки электронно-ионного кольца из компрессора.в ускоритель колец. Кроме того, использование электромагнитного поля обмоток компрессора как на этапе формирования электронно-ионного кольца, так и н этапе его ускорения, позволяет значительfio снизить мощность питания установки.

Наличие в электронно-ионном кольце внутренней стенки ускорительной камеры играет положительную роль, стабилизируя кольцо по центру камеры. Цилиндрическая форма ускорительной камеры, внутреннего проводника, а следовательно и сердечника, не является единственно возможной и наиболее характерна для случая, когда соблюдается бетатроннре соотноше- ние. В принципе же возможна и другая геометрия ускорительной камеры, например - коническая, а также выполнение ферромагнитного сердечника таким образом, чтобы его электромагнитные свойства, например магнитная проницаемость, менялись по длине .

Кроме того, в предложенном устройстве ускорение электронного кольца может быть произведено такле с помощью высокочастотных электромагнитных полей, создаваемых внутри коаксиальной ускорительной камеры.

Формула изобретения

Коллективный ускорутель ионов, .содержащий обмотки компрессора для

получения электронно-ионного кольца, ускоряющий соленоид со спадающим полем и вакуумную ускорительную камеру коаксиального типа, выполненную, например, в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров, о тличающийся тем, что, с целью снижения потребляемой мощности и уменьшения его габаритов, во внутреннем цилиндре ускорительной камеры расположен ферромагнитный сердечник, выполненный, например, в виде набора дисков из ферромагнитного материсша, разделенных диэлектрическими прокладками, обмотка компрессора выполнена в виде двух катушек, расположенных внутри ускоряющего соленоида, оси которых совпадают с осью ускорительной камеры, одна из катушек имеет плотность намотки, постоянную по длине и увеличенную на концах так, что в сочетании с ферроОо OOP о/о

магнитным сердечником в области ускорительной камеры выполнено бетатронное соотношение 1, а другая катушка выполнена с переменной плотностью намотки по длине, причем градиент плотности намотки.противоположен градиенту плотности намотки ускоряющего соленоида.

Источники информации, принятые во внимание при эксцертизе

o магнитного поля ускоряющей инжекции модели коллективного линейного ускорителя. Р9-6983 ОНЯН Дубна, ОНМУ, 1973.

0 частиц. М., Наука, 1975, с. 71.

о J3 фиг. I

f, ti it is

фиг.г