Способ формирования электронных колец в коллективных ускорителях Советский патент 1980 года по МПК H05H9/00 

I

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к коллективному ускорению ионов электронными кольцами, и может быть. использовано для повышения интенсивности пучков ускоренных ионов и увеличения напряженностей ускоряющих полей.

Известен способ формирования электронных колец в коллективном ускорителе тяжелых ионов, когда электронное кольцо сжимают в медианной плоскости металлической камеры в нарастающем во времени магнитном поле за время МКС. Импульсное магнитное поле создается системой последовательно во времени включаюпдахся пар токовых катушек 1 .

Недостатками способа является малая цикличность работы ( 1 Гц), обусловленная возможностями системы питания токовых катушек, энергетическими потерями в них и в стенках камеры, а также ограничения, накладьшаемые на область рабочих параметров из-за медленного прохождения резонансов бетатронных колебаний.

Известен также способ, по которому электронные кольца сжимаются в импульсном магнитном попе так, что средняя плоскость кольца сдвигается в направлении последующего ускорения. Быстрое сжатие кольца обеспечивает благоприятное прохождение одночастичных резонансов 2.

Однако необходимо создавать больщие импульсные магнитные поля с индукцией 1-2 Т, и. е. с больщой потребляемой мощностью для создания импульсного поля.

Наиболее близким техническим решением является способ формирования электронных колец, основанный на том, что в статическом .компрессоре Ласлетта-Сесслера электронные кольца сжимаются в статическом магнитном поле, нарастающем в направлении движения кольца. Траектория кольца определяется условием равенства нулю радиальной компоненты индукции магнитного поля. Чтобы обеспечить движение кольца и его фокусировку, возбуждают волну импульсного магнитного поля, создающего небольшую по величине движущуюся потенциальную магнитную яму 3.

Недостаток способа связан с использованием только статического магнитного поля, поэтому в нем не происходит увеличение энер™и электроЕгов и отсутствует фокусировка. Например, чтобы скомпенсировать кулоновс кое расталкивание в сжатом кольце полем бегущей магнитной ямы при разумных значениях параметров, требуется инжектировать электроны с энергией л 5 Мэв. Это создает трудности при сооружений инжектора с током 200500 А. Целью изобретения является увеличение интенсивности ускоренных ионов и увеличение темпа их ускорения. Поставленная цель достигается тем, что апектронные кольца фазируют относительно волны радиальной компоненты индукции импульсного магнитного поля так, чтобы они находились на ее спадающей положительной части. На фиг. 1 изображена схема экспериментальной установки, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 2 - характерный профиль ра диальной компоненты индукции импульсного магнитного поля. Электронное кольцо 1 помещают в импуль сное и статическое магнитные поля. Импульское поле создается токовым импульсом, распространяющимся вдоль замедляющей линии 2 Линия представляет собой спираль с уменьщаю щимся в направлении движения кольца диамет ром витков, каждый из которых шунтирован конденсатором, соединенным с металлической камерой 3. Нарастающее в том же направлении статическое магнитное поле В-jr создается с помощью соленоида 4, расположенного снаружи камеры. На фиг. 2 - Z - направление распространения волны; Уф - ее фазовая скорость. В месте нахождения кольца радиальная компоне та индукции импульсного поля компенсирует соответствующую компоненту статического нарастающего поля - В, .В результате движения магнитной волны кольцо продвигается в больщое статическое поле и сжимается. Услодие продвижения кольца бегущей волны есть Bj.0. В известном способе кольцо сжималось пр его движении вдоль траектории Вр О, а бегущая магнитная волна использовалась лищь для транспортировки кольца по Z. Вращательная энергия электронов Е в пре лагаемом способе увеличивается под действие вихревого электрического - -. Д| азимутальная компонента векторного по тенциала импульсного магнитного поля; С скорость света; t - время. Для увеличения энергии электронов требу егся, чтобы в месте нахождения кольца выполня-пось условие ЭД.Ч Это условие вы-a-tполпяется на спадающем положительном участке волны В. Наличие зависимости радиальной компонентъ1 индукции магнитного поля от радиуса приводит к тому, что малые колебания частацы около равновесного положения в r-Z плоскости являются связанными, а частоты нормальных колебаний в пренебрежении зарядом кольца равны п- 1,2 Т- Т- Р-ИСЬИ) тг -т1-т-- -Р-1 гдг п - показатель спада магнитного поля. Следовательно, для устойчивости малых колебаний необходимо выполнение условия р п(1-п). Это условие вместе с условиями продвижения кольца в область нарастающего статического поля и увеличения вращательной энергии электронов определяет требуемое положение кольца по отнощению к волне в процессе- сжатия. Рабочая область условно отмечена на Лиг. 2 как АБ. В процессе сжатия кольца его малые размеры уменьщаются пропорционально njS., где R - радиус кольца. Следовательно, по сравнению со статической компрессией, где малые размеры уменьщаются как iR, в данном способе получается выигрыш в величине ускоряющих ионы электрических полей. Таким образом, в предлагаемом способе осуществляется сжатие электронный колец с увеличением энергии электронов и имеет место фокусировка кольца. С набором энергии связана возможность увеличения числа электронов и ионов в кольцах, а также дополнительное уменьщение малых размеров колец при сжатии. С учетом больщой допустимой цикличности работы интенсивность ускоренных ионов можно довести до значений 1/с для средних элементов таблицы Менделеева, что на один- . два порядка превосходит возможности современных динамических адгезаторов. Формула изобретения Способ формирования электронных колец в коллективных ускорителях, заключающийся в том, что в камере адгезатора ускорителя в направлении нарастания статического магнитного поля возбуждают волну импульсного магнитного поля, обеспечивающую устойчивое передвижение электронных колец и их сжатие по больщому радиусу и поперечному сечению кольца, отличающийся тем, что, с целью повьпиения интенсивности .ускоряемых ионов и темпа их ускорения, электронные

кольца фазируют оя осительно волны радиальной компоненты индукции импульсного магнитного поля так, чтобы они находились на ее спадающей положительной части. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Барабаш Л. С. и др. Коллективный .ускоритель тяжелых ионов , Препринт ОИЯИ Р9-7697. Дубна, 1974.

2. Andelfinger С. Status Report of the Yarshind EKA Experiment ЛСимпозиум no коллективным методам ускорения, Дубна, ОИЯИ, Д9-10500, 1977, с. 29.

3. Laslett У. G., Sesseler А. М. А Method for Staticfield Compression in an Electronring Accelerator. ГЕЕЕ Trans on Nucl. Science,. NS-16, 3, 1969, p. 1034 (прототип).

ZVft

Риг.г