Ускоряющая система Советский патент 1982 года по МПК H05H7/06 

Изобретение относится к ускорительной технике, а имеино к устройствам, в которых происходит ускорение ионов за счет нх эффективного взаимодействия с электромагнитным иолем. Известна ускоряющая система Альвареца, которая в настоян1ее время является наиболее расиространенной в ускорителях протонов. Однако эта систе.ма имеет большие размеры, изготовление и настройка ее сложны, энергия инжекции ее высокая (500 -I- 700 КэВ), коэффнциснт использог-ания тока инжектора невыеок. Для прикладных исследований ускоритель Альварениа оказывается очень дорогим. Он иснользуется только как инжектор в еинхрофазотровах. Известен также Н-резоиатор, который предетавляет еобой полуволновый вибратор, свернутый в кольцо, помещенный в цилнндрический резонатор перпенднкулярно к его оси, соединенный с ним средней точкой. Ускоряюи ие электроды Н-резонатора размеи1ены на концах нолуволнового вибратора. Недостатками этого устройства являются трудность настройки, зависн.мость его поперечных размеров от длины волшз генератора и сложность конструкции. Целью изобретення является упрощение копетрукции иастройки на рабочую частоту ускоряющей еистемы, а также уменьшение поперечных размеров ее. Поставленная цель достигается тем, что /г-ое количеетво нроводников (вибраторов) размещеио в резонаторе нараллельно его оси на одииаковом от нес расстоянии равномерно ио окружности и зазем.чено на корпус резонатора таким образом, что точки -заземления на одном нроводнпкс с.меИ1,ены друг от друга на Х/2, а точки заземления уДвух соседних ироводников смещены одна отиоеительпо другой иа А/4 (/;- I). Па фиг. 1 изображен один из вариантов предлагаемой системы. Система предетавляет собой двухнроводный резонатор, в котором потенциалы иа ироводнпках 1 п 2 смеп1,ены друг относительно друга на четверть длины волиы генератора иутем заземления проводипков элементами 3. Резонатор нагружается ионсречными штыря.мн 4, выполняющимп две ф}пкцпп: во-первых, к кoицa t штырей кренятся пролетные трубки, образуюпхпе пролетный канал (рабочую полость), во-вторых, по зтпм щтырям к пролетном) капалу подводится ианряженпе, создающее ускоряю1цее поле. Кожух 5 служ1гг одповременио экраном резонатора и опорой его внутренней конструкнни.

В резонаторе возможны два вида колебаний: один, когда напряжение на проводниках меняется в фазе, другой - когда в иротивофазе.

В конструкнии, изображенной на фиг. 1, иснользуется синфазный вид колебаний, который фиксируется неремычкой 6, соединяющей ироводники резонатора в точках с одииаковым потенциалом. Кроме того, такая перемычка увеличивает жесткость конструкции.

На фиг. 2,а иоказаны принципиальная схема двухпроводного резонатора и раснределенпе потенциалов в нем для синфазного вида колебаний; на фиг. 2,6 - измеиение амплит}ды ускоряющего поля в пролетном канале в строго периодической структуре.

Модуляция поля вызвана модуляцией наиряжеиия вдоль ироводников 1 и 2 резонатора. Выравнивание иоля достигается варьированием геометрии пролетного канала.

Модуляцию поля в пролетном канале можно уменьшить также за счет увеличения числа проводников резонатора. В случае, еслн в резонаторе п проводников, расстояние между заземляющими элементами проводника остается равным половине длины волны генератора, а расстояние между закорачивающими элементами двух соседних проводников уменьшается до Я/4 (п - 1), где л - длина волны генератора. В многопроводном резонаторе синфазный вид колебаний фиксируется неремычками, соединяющими два соседних проводника в точках с одинаковыми иотеициалами. Проводники располагаются параллельно оси резонатора на одннаковом расстоянии от его центра равномерно по окружностн. Расстояние от центра резонатора до проводников выбирается из конструктивных соображений.

Многопроводный резонатор, как и двухироводный, нагружается поперечными щтырями, которые одним концом крепятся к проводникам резонатора в местах пучности распределения напряжения вдоль проводников, а к другим концам штырей крепятся электроды, образующие иролетиый канал, идущий вдоль оси резонатора.

Штыри располагаются в таком порядке, чтобы разность потенциалов между двумя соседними щтырями была максимальной. Расстояние между щтырями определяется скоростью частиц, а размеры пролетного канала - величиной ускоряющего поля.

На фиг. 3 показан второй вариант ускоряющей системы.

Нроводники 1 и 2 крепятся к кожуху элемеитами 3. Резоиатор, как и в первом вариаите, нагружается поперечпыми щтырями 4, выполняюи.и-1ми те же функции. Кожух 5 служит одновременно экраном резонатора и опорой его внутренней конструкции.

В случае, когда проводники колеблются в противофазе (этот вид колебаний используется в конструкции, изображенной на фиг. 3), между ускоряющими элемеитами разность потенциалов будет максимальной. Синфазный вид колебаний удобен тем, что его можно фиксировать с помощью неремычек, соединяющих нроводники в точках с одинаковыми нотенциалами.

Элементы крепления 3 выбираются достаточно длинными для того, чтобы уменьшить глубину модуляции напряження вдоль нроводников резонатора.

Распределение напряжения в резонаторе показано на фиг. 4, а.

Например, если иужно, чтобы глубина модуляции ускоряющего иоля в иролетиом каиале ие превыщала ±10%, то длина элемеитов крепления 3 должна быть не меньше

W8, как показано на фнг. 4,а. Нри этом расстояние между элементами крснления будет не более Я/4.

На фиг. 4,6 показано изменение амнлит)ды ускоряющего поля в пролетном канале в строго нериодической структуре. хМодуляция поля вызвапа модуляцией иаиряженпя вдоль проводнпков 1 и 2. Выравнивание поля достигается варьированием геометрии нролетного канала.

Модуляцию поля в пролетном канале, как и в первом варианте, можно уменьшить за счет увеличения числа ироводников резонатора. Если в резоиаторе /г 2 проводников, то элементы крепления двух соседних проводпиков должны быть смещены друг относительно друга на расстояиие Х/4 (п-1). В резоиаторе с двумя проводниками такое сменл,ение не обязательно. Грубая настройка резонатора выполняется в нервом варианте изменением ноложения, во втором варианте - изменением длнны элементов 3, которые кренят проводники 1 и 2.

Плавиую иаетройку резонатора, изображениого па фиг. 1, выполпять несколькими способами: изменением положения щтырей 4, геометрии пролетного канала или емкости между проводником 1 (или 2) и торцом резонатора. В месте крепления

одного проводника к торцу резонатора, играющего одновременно роль заземляющего элемента, другой проводник не должен иметь электрического контакта с этим торцом. Промежуток между торцом и проводНИКОМ можно регулировать, изменяя емкость, образуемую этими элементами, а следовательно, и частоту резонатора.

Плавную настройку резонатора, изображенного на фиг. 3, можно осуществлять

изменением иоложеиия щтырей 4, геометрии пролетного канала или емкости между проводниками 1 и 2 и торцом резонатора.

Для облегчеиия настройки резонатора все его элементы делаются нодвижными.

После определения их положения рабочая

модель резонатора изготавливается с жестко закрепленными элементами.

Формула изобретения

1. Ускоряющая снетема, содержащая цилиндрический резонатор с ускоряющими электродами, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, настройки на рабочую частоту и уменьшения поперечных размеров ее, она нагружена п проводниками, расположенными нараллельно оси резонатора на одинаковом от нее расстоянии, равномерно по окружности, и заземленными на корпус резонатора таким образом, что точки заземления на одном проводнике смещены одна относительно другой на k/2, а точки заземления двух соседних проводников смещены друг относительно друга на расстоянии А,/4 (п--1), кроме того, резонатор нагружен поперечными штырями, прикрепленными одним концом к проводникам резонатора или к кожуху резонатора, а другим концом - к ускоряющим электродам.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что проводники резонатора крепятся к его кожуху таким образом, что длина двух соседних элементов крепления и отрезка проводника между этими элементами кратна Я/2.

(рЦг. 1

Ipus. 25

Фиг. 3

/{f

г/flif.rztlUi: -f С