Ускоряющая система линейного ускорителя ионов Советский патент 1984 года по МПК H05H9/04 

Изобретение относится к области ускорительной техники, а именно к линейным ускорителям ионов. Известны ускоряющие системы типа встречных ускоряющих элементов такие как гребенчатая система 1 и ускоряющая система типа встречных штырей нагруженных на концах трубками дрейфа, ось которых совпадает с осью цилиндрического резонатора 21., Достоинством указанных систем являются их малогабаритность и хорошие высокочастотные параметры, особенно в области малых энергий, что имеет большое значение при создании ускорителей тяжелых ионов и малогабаритных ускорителей протонов для научного и промьшшенного применения. Наряду с этим, каждйя из указанных структур обладает недостатками, Так в гребенчатой системе трудна настройка ячеек, в результате чего получение равномерного распределения поля вдоль тракта ускорения сопря жено со значительным ухудшением ее вы сокочастотных параметров. Кроме того, такая система затрудняет использование квадрупольной фокусировки пучка в про.цессе ускорения, поэтому она используется только, когда применяется сеточная или переменно-фазовая фокуси ровка, для которьгх величина предельно го тока ускоренного пучка значительно ниже, чем в случае квадрупольной фокусировки. Ускоряющая система типа встречных штырей в известных ранее конструкциях обладала тем недостатком что всегда получение требуемого распределения ускоряющего поля бьшо сопряжено с существенным увеличением потерь высокочастотной мощности. Наиболее близкой по технической сущности является ускоряющая система линейного ускорителя ионов типа Н С2 вьтолненная в виде цилиндрического резонатора с системой встречньпс штырей, на концах которых укреплены труб ки дрейфа и проекции штырей калсдой из двух соседних трубок дрейфа, на плоскость, перпендикулярную оси резонатора, образуют углы меньшие 180,, величина-которых убывает с уменьшением расстояния между геометрическими цент рами соседних трубок дрейфа. Недостаток этой ускоряющей структу ры, заключается в ассиметрии распределения высокочастотных токов в поверхностях элементов ускоряющей струк туоы. в результате чего мощность запасается главным образом в объеме, заключенном между встречными штьфями со,стороны меньшего угла между ними и противостоящей против этого угла частью цилиндрической поверхности резо. натора, п то время как в остальной части объема резонатора запасается сравнительно малое количес тво ВЧ мощности. По этой причине в поверхности резонатора и встречных штырей, ограничивающих сравнительно мальм объем, протекают большие высокочастотные токи, что приводит к увеличению потерь мощности и локальному перегреву отдельных элементов структуры и создает этим самым трудности термостатирования этих элементов.. Цель изобретения - уменьшение потерь высокочастотной мощности в ускоряющей структуре. Э1о достигается в ускоряюшей системе линейного ускорителя ионов типа в которой все нечетные по ходу пучка трубки дрейфа установлены с помощью штырей на проводящей плите, закрепленной вдоль образуюшей резонатора, акаждая четная трубка дрейфа соединена с боковой стенкой резонатора вторым штырем, расположенным в радиальной плоскости резонатора, симметрично первому штырю относительно продольной плоскости, проходящей чере ось трубок дрейфа и оси штырей нечетных трубок дрейфа. Эффект уменьшения потерь высокочастотной мощности и устранения локальных перегревов элементов ускоряющей системы достигается за счет того, что высокочастотная мощность, необходимая для установления номинального уровня ускоряющего поля в зазорах, запасается в объеме, в два раза превышающем соответствующий объем в прототипе, симметрично в двух частях объема резонатора, ограниченных боковой поверхностью резонатора и штырями двух соседних трубок дрейфа. При этом для получения одних и тех же величин ускоряющего поля в поверхностях, ограничивающих каждую из указанных частей объема, будут протекать токи в два раза меньшие, чем в случае, когда мощность запасается только в одной части объема резонатора. Соответственно при симметричном распределении запасенной мощности потери в поверхностях ускоряющей структуры будут в 2 раза меньше. Уменьшение удельных токов з,а счет перераспределения по большей поверхности приведет к уменьшению тепловыделения на элементах ускоряющей структуры, что упрощает проблем охлаждения и термостатирования , На чертеже приведен пример конструктивного осуществления такой ускоряющей системы. Цилиндрический резонатор 1 заключает в себе трубки дрейфа, расположенные вдоль одной линии, которая не обязательно должна совпадать с осью резонатора, при этом каждая нечетная трубка 2 закреплена с помощью металлического штыря 3 на общей проводящей плите 4, которая соединена надежным контактом по высокочастотному току с боковой стенкой резонатора, а четные трубки дрейфа 5 соединены с резонатором двумя штырями 6, распо ложенными в радиальной плоскости резонатора симметрично относительно плоскости, проходящей через ось резонатора и оси штырей нечетных трубок дройфа, образуя между собой угол f . На че.ртеже показано, что угол Ч изменяется вдоль ускоряющей системы. Он увеличивается от выходно го конца резонатора к входному. Трубки дрейфа 2, закрепленные на плите, не содержат в себе квадрупольных линз, поэтому допуски на их изготовление и установку менее жесткие. Их диаметр, с целью уменьшения емкостной нагрузки резонатора, может быть меньшим по сравнени с диаметром трубок дрейфа 5, в которых расположены кнадрупольные маг итные линзы, примерно в 1,5 раза. Сборка трубок дрейфа 2 на плите может осуществляться вне резонатора, 3 вместе с плитой устанавливаться в резонатор. Трубки дрейфа 5, содержащие в себе квадруполи, устанавливаются на общую ось с помощью установочной штанги, которая одним концом приварена к трубке дрейфа, а вторым - установлена в юстировочный узел, расположенный снаружи резонатора. Ось установочной штанги расположена в плоскости симметрии штырей 6. Наличие установочной штанги не приводит к заметному увеличению потерь мощности, так как она не является токонесущей. Угол f между штырями 6 для каждой четной трубки дрейфа 5 определяется особо в каящом конкретном случае путем моделирования или расчета по заданным геометрическим размерам трубок дрейфа и резонатора, а также других элементов ускоряющей системы, тыри 6 функционально предназначены для настройки ячеек на заданную резонансную частоту, по ним протекают основные высокочастотные токи, развиваемые запасенной в резонаторе мощностью, поэтому эти штыри должны иметь надежный контакт по высокочастотному току с трубкой дрейфа и поверхностью резонатора. При возбуждении такой.ускоряющей структуры высокочастотной мощностью устанавл впстся равномерное распределение ускопяюшего поля.

УСКОРЯЮи1АЯ СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ типа Н^^^ , выполненная в виде цилиндрического резона-•тора с системой встречных штырей, на концах которьк укреплены трубки дрейфа, и проекции штырей каждой из двух .соседних трубок дрейфа наплоскость перпендикулярную оси резонатора образуют углы меньшие 180 , величина которых убывает с уменьшением расстояния между геометрическими центрами соседних трубок дрейфа, о т л и чающаяся тем^ что, с целью уменьшения потерь высо- кочасто'!Ч1ой мощности, все нечетные по ходу пучка трубки дрейфа установлены с помрщью штырей на проводящей плите, закрепленной вдоль образующей резонатора, а каждая четная трубка дрейфа соединена с боковой стенкой резонатора вторьи штырем, расположенным в радиальной плоскости резонатора, С11мметрично первому штырю относительно продольной п.поскости, проходящей через оси трубок дрейфа и оси штыпей ие'^четных тп\'бок дрейфа.(О-*4jNS00о^ 00 4^