Устройство для компрессии интенсивных кольцевых пучков релятивистских элементов Советский патент 1980 года по МПК H05H9/00 

Это достигается тем, что симметично относительно медианной плоскоси камеры и соосно с электронным ольцом расположены пары встречно ключенных пассивных витков.

На -фиг. 1 схематично изображено редлагаемое устройство; на фиг.2 тдельная пара стабипизирующих витов.

В устройство входят металлическая амера 1, толщина стенок которой забирается так, чтобы камера была прозрачна для внешнего импульсного агнитного поля, сжимающего кольцо, катушки-2 импульсного магнитного поя, витки 3 стабилизирующей системы и соединяющиеих провода 4.

Стабилизирующие витки расположены снаружи камеры, так как ее стенки, прозрачные для внешнего магнитного поля, слабо экранизируют и собственное магнитное поле кольца.

Кольцо 5 .релятивистских электронов, инжектированных на орбиту большого радиуса, сжимается растущим во времени импульсным магнитным полем Вг; создаваемым токами в катушках 2.

Вследствие всегда имеющейся ассиметрии внешнего магнитного поля (из-за неточности установки катушек, токов Фуко, HaaoAMivbJx импульсным магнитным полем в несимметричных элементах металлических конструкций, и т.д.) плоскость орбиты электронов смещена относительно медианной плоскости, камеры { 0) . Заряды, индуцируемые кольцом на стенках камеры, затягивают его на ближайшую стенку. При числе электронов Ne, большем некоторого предельного

,, Пррп

значения Ne сила электростатического притяжения превосходит удерживающую силу, действующую на электроны со стороны внешнего магнитного поля, и кольцо высаживается на стенку, причем тем меньше, чем больше ассиметрия внешнего магнитного поля.

Ограничение на число электронов имеет место и в случае симметричного внешнего поля - равновесие кольца в медианной плоскости -камеры неус° ° /e /Ve sr fe

при

(1)

У«/1. 0с

. где

показаr f oтел спада поля на радиусе кольца

ть J и«л. классический радиус электрона,

У (iP ) - релятивистский фактор,

Фс - коэффициент, определяемый геометрией камеры. Для камеры простейшей геометрии, образованной двумя проводящими бесконечными пластинами с расстоянием h между ними, коэффициент 0спри условии //. , ра/ «.W „,

Так ка. в мягкофокусирующем магнитном поле п 1,то рассматриваемый 5 эффект приводит к сильному ограничению на число электронов даже при незначительной ассиметрии внешнего магнитного поля.

В предлагаемом устройстве стабилизация когерентного аксиального движения кольца достигается посредством частичной компенсации элект1ростатического притяжения смещенного кольца взаимодействием электронов j кольца с магнитным полем токов, индуцируемых в пассивных витках 3 сжимающимся кольцом, симметризации внешнего магнитного поля относительно медианной плоскости камеры за сче экранирования антисимметричной составляющей поля этими же витками.

Действие стабилизирующих витков происходит следующим образом. При сжатии кольца, смещенного относительно медианной плоскости, потоки 5 собственного магнитного поля кольца через витки одной пары не одинаковы, что приводит к .появлению в контуре индукционной ЭДС, пропорциональной смещению кольца. При этом магнитное 0 поле наведенных токов направлено

так, что его действие уменьшает смещение кольца.

Аналогично, разность потоков, связанная с ассиметрией внешнего магнитного поля,возбуждает в витках токи, магнитное поле которых, согласно правилу Ленца, уменьшает антисимметрическую составляющую поля между витками.

Практически полное экранирование антисимметричных магнитных полей имеет место при выполнении следующих условий:

1).l,

где. 7 - время переходных процессов 5 в системе пассивных витков, f - частота внешнего магнитного поля (в Гц);

2)расстояние на плоскости V-f между соседними витка1 1и (относящим: 0 ся к разным «парам) существенно меньше расстояния между витками одной пары.

Перечисленные условия, как показывает расчет, нетрудно выполнить. 55 Тогда предельное.число электронов .определяется из условия некогерентной фокусировки, кйторое при - (где а - радиус поперечного сечения кольца) имеет вид

/ л/ -з-г- зУГс.

Л/е Л/е - 2// гкл Ф5

где коэффициент ф связан с градиентом поля симметричного распределения 65 индуцированных зарядов. Для камеры, 5 образованной бесконечными пластинами Т ЬТаким образом., добавление стабилизирующей систег витков позволяет увеличить предельное число электронов в кольце более, чем в два раза Соответственно этому длина коллективного ускорителя, требуемая для достижения заданной энергии ионов, вдвое меньше. Формула изобретения Устройство для компрессии интен сивных кольцевых пучков релятивист ских электронов, содержащее тонкостенную металлическую вакуумную ка меру и расположенную вне ее систему катушек импульсного магнитного поля, отличаю щееся тем что, с целью увеличения предельного

Пмскость г- Z 2 числа электронов в сжимаемом кольце, симметрично относительно медианной плоскости камеры и соосно с электронным кольцом расположены пары встречно включенных пассивных витКОВ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Reiser М., IEEE ..Transactions, NS-18, N 3, p. 460, 1971. 2.Christofi os TJ.C. Statis Compression of Re ativistic E -ectron Rings. Phys. Rev. Lett., 22, 16, 830, 1969. 3. L.J., Sessier A.M., Preprint UCRL - 1858, LRL, Berkeley, 4. Барабаш Л.С. и др. О коллективном ускорителе тяжелых ионов ОНМУ РИЯИ. сообщение ОИЯИ Р9-7697, Дубна, 1974 (прототип) .