Магнитостатический ускорительный тракт Советский патент 1979 года по МПК H05H7/04 H05H9/00 

1

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено, преимущественно, для использования в экспериментальной ядерной физике и в качестве составной части нейтронных генераторов.

Известен магнитостатический трак коллективного ускорителя с электронными, кольцами, в котором ргщиус орбиты равновесного электрона кольца (большой радиус кольца) во все время ускорения остается постоянным 1. Это достигается за счет выбора конфигурации магнитного поля удовлетвогряющей соотношению 2 В-В const (обобщенное бетатронное условие) , где В - магнитная индукция на равновесной орбите, § - индукция, средняя по площади, охватываемой равновесной орбитой. В качестве устройства, позволяющего реализовать такую конфигурацию предлагается использовать дополнительный соленоид, расположенный внутри равновесной орбиты.

Однако такой тракт отличается недостаточно высоким значением среднего прироста энергии на единицу длины и сложностью конструкции, возникающей из-за малой величины

отношения радиуса внутреннего соленоида к его длине.

Известна также установка, являющаяся комбинацией ускорительного тракта коллективного ускорителя и устройства для формирования колец и ускорения электронов в азимутальном направлении 2. Эта установка содержит магнитостатический ускорительный тракт коллективного ускорителя ионов с эл ектронными кольцами, состоящий из соленоида и коаксиального ему устройства, например ферромагнитного сердечнейка,позволяю щего установить заданное соотношение «ежду магнитной индукцией на равновесной орбите и средней по плсяцади, охватываемой равновесной орбитой, индукцией.

Однако из-за совмещения объе- мов ускорительного тракта и устройства формирования кольца длина и радиальный размер тракта, а следовательно, и размер всей установки существенно возрастает даже по сравнению с трактом без устройств для увеличения средней индукции В по отношению к индукции на равновесной орбите, т. е. по сравнению с трактом, имеющим наибольшие размеры. Например, при ускорении протонов до энергии 1 ГэВ при коэффициенте передзад энергии электронов протонам равном 1/2 длина тракта и ради возрастает в 1,5-2 раза, а объем в 3-8 раз при прочих равных условиях, ухудшение параметров ускорения объясняется тем, что для вып нения бетатронного условия при доускорении электронов сердечник должен иметь форму, близкую к усеченному конусу с меньшим основанием у начала ускорительного тракта, а при этом отношение §/В к концу тракта возрастает, в то врем как д ля того, чтобы ргьдиус кольца по крайней мере, увеличивался медленнее, чем при В ж в следует отношение В/В к концу тракта уменьшать. Цель изобретения - уменьшение длины тракта по сравнению с конструкцией, ; в которой обеспечивается наибольший прирост энергии ионов на единицу длины. Это достигается за счет.создани такого пространственного распределения поля в объеме тракта, при котором обеспечивается уменьшение радиуса равновесной орбиты по мере увеличения релятивистского фактора кона. Одним из средств реализации данного предложения является распо ложение внутри соленоида коаксиаль .. НС емуг ферромагнитного сердечника представляющего собой тело вргицения, площадь поперечного.сечения которого уменьшается в направлени ускорения кольца. При этом в об щем случае внутри сердечника может быть конусообразная полость, больш основание которой находится у выхо ного конца тракта. Полость может быть использована для размещения магнитных крепящих конструкций. Форма внешней поверхности в этом случае быть выбрана, так чт бы отношение радиуса кольца к радиусу сердечника оставалось посто ным на всей длине тракта. В частном случае, полость может отсутст вать. Различные зависимости сечения ферромагнитного сердечника и магнитной индукции на траектории равновесного электрона от расстоя вдоль оси позволяют получить различные законы изменения радиуса электронно-ионного кольца вдол тракту, включая и постоянный ради кольц, что означает выполнение .пространственного бетатронного условия. На чертеже показана схема расположения основных элементов предлагаемого ускорительного трак та с сердечником без полости. В вакуумной камере 1 с соленои дом 2 соосно соленоиду расположен ферромагнитный сердечник 3, поперечное сечение которого уменьшает 4 я в направлении ускорения элекронно-ионного кольца 4. Стрелками оказано направление ускорения элекронно-ионного кольца. Если ускорение электронно-ионного ольца осуществляется с изменением ольшого радиуса кольца R по мере величения энергии ионов, то вместо ространственного бетатронного словия должно выполняться соотноение1й(2В-В)сопз1. (1) 7 оторое, при а , уменьшающемся к ыходному концу тракта, будем для ратности называть супербетатронным словием, Одна, иэ возможных зависимостей ё1диуса кольца от релятивистского актора иона j-j , который, в свою чередь, зависит от продольной оординаты, имеет вид T.ljJll iirJJjl (2) где п - коэффициент загрузки кольца ионами, равный отношению массы всех ионов кольца к массе всех электронов кольца.в начале ускорения, К радиус кольца в начале ускорения. Выбирая различные значения показателя степени ,S можно получать различную зависимость радиуса от продольной координаты. В частности, при S ж О ргщиус не меняется, что соответствует выполнению бетатронного условия. При любом значении S О, что соответствует супербетатронному условию, радиус кольца уменьшается по мере увеличения энергии ионов, т. е. эффективность ускорения увеличивается к выходному концу тракта, а это при равных начашьных значениях прироста энергии означает уменьшение длины тракта по сравнению, например/ с трактом, в котором выполняется бетатронное условие. Для получения минимальной длины тракта следует выбрать наибольшее возможное значение S. Очевидно, что наименьшая длина получается в случае, когда отношение радиуса кольца к радиусу сердечника, выполненному без полости внутри, остается постоянным (при условии, чсто в начале тракта это отношение выбрано наименьшим из возможных). Такая зависимость радиуceu от|; не соответствует никакому значению S однако при S «. 1 она с хорюшей.точностью выполняется на большей части длины тракта. Поэтому супербетатронное условие, которое получается приподстановке (2) в (1) (2Ь-В, имеет место при О S i1 . Длина ускорительного тракта обратно пропорциональна начальному значению индукции В на радиусе кольца. Для того, чтобы получить наибольшее В в начале тракта, необходимо иметь минимальную .величину магнитной проницаемости материала сердечника fi I а это в свою очередь требует, чтобы сечение сердечника в начале тракта было максимально больишм, а в конце - равным нулю.

Формула изобретения

Магнитостатический ускорительный тракт коллективного ускорителя ионо с электронными кольцами, состоящий иэ соленоида и коаксиального ему устройства, например ферромагнитного сердечника, позволяющего устанавливать заданное соотношение между магнитной индукцией на равновесной орбите и средней по площади, охватываемой равновесной орбитой, индукцией, отличающ и и с- я тем, что, с целью уменьшения длины ускорительного тракта, магнитное поле имеет пространственнее распределение, обеспечивающее уменьшение радиуса равновесной орбиты По мере увеличения релятивистского фактора ионов, в частности, удовлетворяющее соотношению

(2B-5) iri con5t

«t

пце В-магнитная индукция на равновесной орбите, В - магнитная и.ндукция, средняя по площади, .охватываемой равновесной орбитой, /{ - текущее значение релятивистского фактора иона, п - коэффициент ; загрузки кольца ионами, равный отношению массы всех ионов кольца к массе всех электронов кольца в начальной точке тракта, а показатель степени S ле- жит в пределах OuS 1.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №416909, кл. Н 05 h 11/00, 1973.

2.Заявка 2138984/25, : кл. Н 05 h 11/00, 1975, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.