Способ трансформации сильноточного пучка в высокоэнергетичный Советский патент 1982 года по МПК H05H5/00 

1

Изобретение относится к лииейным ускорителям заряженных частиц.

Известны ускорители, в которых генерация высокочастотного поля и ускорение частиц совмещены в одной колебательной системе 1. Для этого основной пучок ускоряют в максимуме электрического поля, а колебательную систему возбуждают вспомогательным пучком на периферии резонатора, где электрическое иоле меньше .максимального. Тем самым удается трансформировать энергию всиомогательного иучка.

Известеи также способ траисформации сильноточного нучка в высокоэиергетичный передачей энергии от возбуждающего пучка к ускоряющему через электромагнитное поле колебательной системы 2.

Недостатком такого способа является необходимость иредварительной модуляции пучка, усложняющая ускоритель, и трудпость получеиия больших коэффициентов трансформации, что связано с конечными размерами возбуждающего иучка.

Целью изобретения является унрощение ускорителя и иовышение коэффициента трансформации.

Цель достигается тем, что возбуждение колебательиой системы производят немодулированным пучком, инжектируемым

нериендикулярно к электрическому и магннтному нолю, а токоприемник, например днище резонатора, располагают в области, где скорость частиц может иметь минимальное значение.

На фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления сиособа; на фиг. 2 - траектории электронов в цилиндрическом резонаторе.

Электрическнй пучок с относительной скоростью РО из источиика 1 (фиг. 1), входит в резонатор 2, предварительно возбужденный от генератора (стартера) 3, периендикулярио электрическому полю.

Ускоряемый пучок пропускают через отверстия 4 по оси резонатора.

Под действием высокочастотных магнитного и электрического полей частицы вспомогательиого пучка описывают траекторию,

иредставляющую супериозицию двух движений: колебательного с амплитудой, пропорциональной электрическому нолю по координате 2, н близкого к параболическому по коордииате г (фиг. 2).

В окрестности точки поворота по г энергия радиального движения оказывается иерекаченной в аксиальную энергию колеблющихся электронов и поля резонатора, более того, в точке поворота по 2 - в

энергию иоля резоиатора, далее процесс происходит в обратном порядке, а частица вылетает из резонатора в направлении источника с прежней начальной скоростью. Если в точках поворота по г и 2, где модуль скорости электрона близок к нулю, изъять частицу из дальнейшего движения, например, расположив днища резонатора в окрестности z поворота, ее энергия будет передана резонатору и далее, аксиально ускоряемому основному пучку. Описанный характер движения сохраняется для всех фаз влета, поэтому возможна передача мощности от непрерывного пучка. Таким образом, предлагаемый способ заключается в формировании из инжектируемого пучка осциллирующего электронного облака, упорядоченного в пространстве, из которого удаляются электроны в те моменты времени, когда их энергия мала по сравнению со средней. Количественный анализ показывает, что совокупность инжектируемых электронов внутри резонатора для колебаний ою по конфигурации напоминает двумерный «вихрь, у которого на оси скорость частиц максимальна, а на периферии - минимальна. ЕГО боковые огибающие описываются функцией /о(/0) а ширина равна „ул 2|/Z|-2arcsin V 1 + Радиальный размер вихря определяется точкой поворота траектории по г из соотношения:1/1 (/(/) где Е - напряженность поля, Л - безразмерный параметр, К. - волновое число, остальные обозначения общепринятые. Если определить коэффициент трансформации Т как отношение энергии, нрнобретаемой аксиально-ускоренным п чком (с учетом коэффициента взаимодействия), а энергии радиально-инжектируемого пучка по соотношению (2), то 1/1 +Ро(1- К1-Го)) В нералятивистском случае ТЛДГА) где /к - радиус точки noBopOia. Отсюда видно, что минимальное значение коэффициента трансформации при 5 10 15 20 25 да 35 40 45 50 55 60 , когда высота вихря близка к радиусу резонатора, равно 8 и растет с уменьшением его высоты теоретически до бесконечности. Эти соображения показывают возможность получения больших коэффициентов трансформации. Коэффициент трансформации может быть увеличен не только за счет уменьшения высоты вихря, но и посредством его расположения вблизи одного из днищ длинного резонатора (это целесообразно, например, в структуре типа Альвареда). Небольшое снижение КПД при одностороннем взаимодействии компенсируется возможностью выбора оптимальной высоты вихря. Отметим также, что для уменьшения влияния кулоновского поля инжектируемого нучка источник электронов может быть выполнен квазикольцевым по азимуту. Машинные расчеты КПД в кинематическом приближении показывают возможность передачи в резонатор в практически интересных случаях до 80% энергии инжектируемого пучка. Таким образом, предлагаемый способ, при сохраиении достаточно высокого электронного КПД, позволяет упростить ускоритель за счет его возбуждения немодулированным пучком и поднять коэффициент трансформации энергии, что позволит снизить напряжение источника питания. Формула изобретения Способ трансформации сильноточного пучка в Бысокоэнергетичиый передачей энергии от возбуждающего пучка к ускоряемому через электромагнитное поле колебательной системы, отличающийся тем, что, с целью упрощения ускорителя и иовышения коэффициента трансформации, возбуждение колебательной системы производят немодулированным пучком, инжектируемым перпендикулярно к электрическОлМу и магнитному полю, а токоприемник, нанример днище резонатора, располагают в области, где скорость частиц имеет минимальное значение. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бурштейн Э. Л., Воскресенский Г. В., Курдюмов В. Ы. Резонаторный ускоритель с возбуждением электронным пучком. Труды V Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. М., «Наука, 1977, т. 2, с. 35. 2.Патент Великобритании Л™ 813953, кл. Н 05Н 9/00, опублик. 1968.

Кг

г./OS

-2,1(15 - ..