Устройство для фазовой группировкипучКА уСКОРЕННыХ зАРяжЕННыХ чАСТиц Советский патент 1981 года по МПК H05H7/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФАЗОВОЙ ГРУППИРОВКИ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к устройствам для группировки ускоренных заряженных частиц в продольном направлении и может найти применение в высокочастотной электронике, например в генераторах высокочастотной мощности а также в экспериментальной ядерной физике. Устройство для фазовой группировки является основой клистрона высокочастотного усилителя мощности. Устройство содержит входной резонатор с продольным электрическим полем и группирующий элемент - пространство дрейфа с прямолинейной осью. Высокочастотное электрическое поле обе печивает скоростную модуляцию ускоренных электронов. За счет разности времен пролета модуляции скорости приводит к фазовой группировки -элект ронов в конце пространства .црейфар. Недостатком устройства клисторонного типа является вносимая входным резонатором неоднородность энергии пучка заряженных частиц. Это понижае электронный КПД клистронов, а при использовании в ядернофизических экспериментах ухудшает разрешение ре зультатов измерений. Известно также устройство для фазовой группировки ускоренных заряженных частиц, используемое в экспериментальной ядерной физике. Устройство содержит высокочастотный дефлектор с поперечным электрическим полем, последующий группирующий элемент поворотный магнит со стационарным полем, а также фокусирующие линзы,. устанавливаемые перед магнитом и после него 2. Высокочастотное электрическое поле дефлектора осуществляет линейную развертку пучка. Частицы, пришедшие раньше по фазе, проходят в группирующем магните больший путь, пришедшие позже - меньший путь. В результате за счет разности времен пролета Имеет место фазовая группировка частиц после магнита. Устройство с группирующим магнитом практически не вносит в сгруппированный пучок, неодно зодность энергии , если первоначальный пучок узкий. Недостатком устройства с группирующим элементом в виде поворотного магнита является искривление оптической оси устройства, что приводит к усложнению компоновочных схем установок, использующих фазовую группировку заряженных частиц.

Целью изобретения является осуществление фазовой группировки без внесения в пучок энергетической неоднородности в устройстве с прямолинейной осью.

достижения этой цели в устройстве для фазовой группировке пучка заряженных частиц, имеющем высокочастотный дефлектор, фокусируюи 1е 7, линзы и группирующий элемент, группирукяций элемент выполнен содержащим две плоскопараллельные проводящие 1л;астины и витки с током, обеспечивакхцие создани-е в зазоре между пластинами статических электрического и магнитного полей, направления которы перпендикулярны друг другу. По конструктивной схеме группируквдий элемент аналогичен используемому в физике высоких энергий электростатическому сепаратору 2., в котором отклонение поперечным электростатическим полем частиц определенной массы компенсируется действием стационарного магнитного поля, что обеспечивает прямолинейность оптической оси системы.

На чертеже изображена конструктивная схема предложенного устройств для фазовой группировки пучка ускоренных заряженных частиц и показаны траектории.

Устройство ,цля фазовой группировки имеет высокочастотный дефлектор 1 с поперечным электрическим полем, фокусирующие линзы (например, квадрупольные магнитные дублеты) 2 и группирующий элемент, содержащий последовательные проводящие пластины 3 и 4 с подключенным к ним постоянным напряжением противоположной полярности, а также витки 5с током, разме:щенные выше и ниже плоскости си1мметрии устройства. После группирующего элемента поставлен оконечный блок б (мишень при использовании фазовой группировки в экспериментальной ядерной физике или выходной резонатор в высокочастотном генераторе мощности) . Позициями 7-10 обозначены траектории частиц.

Высокочастотный дефлектор 1 осуществляет линейную развертку входящего в него пучка с осевой траекторией 7, После дефлектора траектория 8 соответствует частицам, проше;11Щим дефлектор при нулевой фазе и фазе 180., Крайние траектории 9 и 10 соотBeTCtByraT фазам +90°. Траектория 8 остается прямолиней«ой в зазоре межд пластинами 3 и 4. Это будет иметь место, если напряженность электростатического поля Е и магнитное поле в (это поле создается витками 5 с током и направлено перпендикулярно плоскости чертежа) связаны соотношением 1 Е (В/М) --

В (Т, ) -i10 ,

В

где Э - скорость частиц в единицах

скорости света в вакууме. После линзы 2 траектории 9 и 10 становятся почти параллельными траектории 8.В зазоре между пластинами траектории 9 и 10 находятся на расстоянии h от траектории 8,на которой электростатический потенциал равен нулю.Потенциал на траектории 9 равен Eh,на траектории 10 равен +ЕИ.Если первоначально кинетическая энергия частиц с зарядом е равна W, то внутри группирующего элемента для траектории

9она равна W - eEh, а для траектории

10равна W+eEh, причем предполагается, 0 что eEh«W. Модуляция энергии частиц

приводит к модуляции их скорости. Как и в клистроне за счет этого эффекта в конце пространства дрейфа длины 1 (длина пластин 3 и 4) будет

5 иметь место фазовая группировка частиц. При выходе частиц из зазора между пластинами для всех траекторий восстанавливается первоначальная величина кинетической энергии W, в оконеч-/

fj ном блоке б создается фокус сгруппированного .по фазам пучка, причем процесс группировки не создает энергетической неоднородности.

Формула изобретения

Устройство для фазовой группировки пучка ускоренных заряженных частиц включающее высокочастотный дефлектор, группирующий элемент и фо40 кусируквдие линзы, отличаю ; ад е е с я тем, что, с целью осуществления фазовой группировки без внесеНИН в пучок энергетической неоднородности в устройстве с прямолинейной

5 осью, группирующий элемент выполнен содержащим две плоскопараллельные проводящие пластины и витки с током, обеспечивающие создание в зазоре межд пластинами статических электрического и магнитного полей, направления которых перпендикулярны друг другу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

СВЧ, М,, Высшая школа, 1972.

2.Бенфорд А, Транспортировка пучков заряженных частиц. М., Атомиэдат, 1969.