Ускоряющая система линейного ускорителя ионов Советский патент 1989 года по МПК H05H9/02 

1

Изобретение относится к технике скорителей и может быть использовано при создании сильноточных-линейных ускорителей заряженных частиц.

Известны ускоряющие структуры с аксиально-симметричными трубками дрейфа и круглой апертурой.

Недостатком таких ускорителей является недостаточно высокое значение плотности тока ускоряемых частиц.

Наиболее близким известным техническим решением, является ускоряющая система линейного ускорителя тяжелых заряженных частиц, выполненная в ввде полого цилиндрического резонатора, соосно и вдоль продольной оси которого расположены трубки Д ейфа с прямоугольным поперечным сечением, при этом апертура пролетного канала также имеет прямоугольную форму.

(Л

Недостатком этой системы является то, что соседние трубки дрейфа повернуты одна относительно другой вокруг продольной оси на 90°. Это приводит к ограничению пропускной способности пролетного канала, величина которого в этом случае будет определятьс размером меньшей стороны прямоугольника .

Целью изобретения является увеличение предельного значения ускоряемого тока.

Поставленная цель достигается тем, что трубки ориентированы так, что широкие стороны соседних трубок дрейфа параллельны между собой.

На фиг. 1 представлена ускоряющая система, общий вид; на фиг. 2 распределение поля;на фиг. 3 - область продольного захвата ускорителя

Конструктивно эта система пред:ставляет собой цилиндрический резонатор 1, на оси которого размещены трубки дрейфа 2. Крепление трубок дрейфа к резонатору осуществляется с помощью плоских подвесок 3. Подвески могут быть прикреплены к стенкам трубок дрейфа с меньшим поперечным размером. Принципиально трубки дрейфа могут быть прикреплены и прямо к образующей резонатора. Б этом слзгчае достигается максимально возможная длцна большей стороны прямоугольника .поперечного сечения трубки дрейфа.

Длины трубок дрейфа и зазоры между ними рассчитьгоаются, например из условия обеспечения переменно-фазовой фокусировки,применение которой в данном случае весьма эффективно.

Пучок, частиц, инжектируемьй в такую структуру, имеет ленточную форму с аналогичными размерами в поперечно сечении.

Если длина щели будет на порядок больще ширины, то Такой ускоритель сможет ускорить ток примерно в 3,6 ра;за больщий, .чем ускор итель с аксиальной апертурой, равной щирине щели.

. Если взять тридцатикратное превыщение длины над шириной щели и рас.смотреть не предельньш случай, то значение предельного тока такой ; структуры будет, примерно в 13-14 р вьшзе, чем у аксиальной с радиусом ацертуры, равным полуширине щели.

Следовательно, ускоритель со щелевыми трубками дрейфа способен ускорить больший предельньй ток, чем такой же ускоритель с аксиально-симметричными трубками дрейфа.

Увеличение размеров прямоугольной трубки дрейфа вдоль одной из координат не создает провала ускоряющего поля на оси, как это происхдит при увеличении радиуса аксиально-симметричной трубки. Это объясняется тем, что поле на оси определется, грубо г.оворя, близостьто металлической поверхности трубки, В данном случае спад поля определяет меньший размер щели, которьй может |быть выбран равным размеру апертуры аксиально-симметричной трубки дрейфа, при котором продольное движение является устойчивьм. Больший размер щели практически не влияет на распределение поля.Эти данные подтверждены измерениями распределения поля

на моделях. Измерения электрт еского поля в зазоре между щелями вдоль их длины проводилось методом малого возмущающего тела (фиг. 2). Видно, что ускоряющее поле в зазоре между щелями близко к однородному и симметрично.

Создание поперечной устойчивости в ускоряющей структуре такого типа сводится к достижению устойчивости, в основном, вдоль меньшей стороны щели, так какв перпендикулярной к ней плоскости аксептанс достаточно велик. Необходимая устойчивость поперечного движения в таком ускорителе может быть создана путем применения переменно-фазовой фокусировки. Необходимо также отметить, что переход на щелевую структуру с переменно-фазовой фокусировкой увеличивает жесткость фокусировки вдоль меньшего размера щели, что дополнительно приводит к увеличению пропускной способности канала ускорителя.

Продольные размеры трубок дрейфа и зазоры между ними рассчитываются точно так же, как и в. ускорителях с аксиальной симметрией. В качестве примера был рассчитан ускоритель дейтонов на энергию 3 МэВ, рабочая длина волны -3м,. диаметр резонатора - 0,5 м, меньший размер апертуры первой трубки дрейфа 0,8 см, больший размер - 28 см, поперечные размеры последней трубки дрейфа - 4x28 см. Рост меньшего размера трубок дрейфа вдоль ускорителя обеспечивает, с одной стороны, увеличение пропускной способности канала, с другой - требуемую равномерность распределения электрического поля по ускоряющему зазору.

Переход на щелевую структуру не ухудшил условий фаз.ового захвата ускорителя. Величина его осталась такой же как в ускорителе с аксиальными трубками дрейфа и переменно-фазовой фокусировкой. При этих данных величина поперечного аксептанса позволяет в данном ускорителе ускорить ток на уровне 450-500 мА, в то время, как в таком же ускорителе с аксиальными трубками дрейфа предельное значение тока составляет 30-35 мА.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет значительно повысить ток ускоренных частиц в ускорителе ,

УСКОРЯЮЩАЯ СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО УСКОРОТЕЛЯ ИОНОВ, выполненная в виде полого цилиндрического резонатора соосно и вдоль продольной оси которого расположены трубки дрейфа с прямоугольным поперечным сечением, при этом апертура полетного канала также имеет прямоугольную форму, отличающаяся тем, что, с целью-увеличения предельного значения ускоряемого тока, трубки дрейфа ориентированы таким образом, что широкие стороны соседних трубок дрейфа параллельны между собой.

Ширима щми

pfiOMOmoflo If ал. г