Ускоритель заряженных частиц Советский патент 1981 года по МПК H05H5/00 

(54) УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

1

Изобретение относится к приборам ускорительной техники.

Известен ускоритель, основанный на трансформаторе Тесла с сильной связью между обмотками и триодной скорительной трубкой .

Известен также четвертьволновый резонатор, состоящий из укорачивающей индуктивности, емкостной насадки, наружного цилиндра и эквипотенциальных электродов, служащих для устранения эффекта полного напряжения 2.

Известен четвертьволновый коаксиальный резонатор со спиральным внутренним проводником, включающий в себя источник ионов, размещенный на свободном конце внутреннего спирального проводника, и мишень, размещенную на внутренней поверхности наружного проводника. Для увеличения мощности, ПОДВОДИМОЙ к спиральному проводнику, и облегчения его замены спиральный проводник размещен внутри герметичного по отношению к вакуумному объему трубки цилиндра из диэлектрика з.

Основной недостаток этого устройства заключается в невозможности получения протонов высоких энергий ввиду ограничения электрической прочности ускоряющего промежутка при заданных габаритах.

Целью изобретения является повышение предельной энергии выхода частиц при неизменности габаритов установки.

Это достигается тем, что ускоритель заряженных частиц, содержащий

10 корпус и расположенные в нем источник заряженных частиц, резонансные контуры,образованные емкостными электродами, которые одновременно являются ускоряющими,и катушками индуктивности,

15 вмонтированными в изолирующие цилиндры, емкостные электроды и изолирующие цилиндры с катушками расположены симметрично продольной оси корпуса; ускорителя, соосно и ступенчато

20 друг относительно друга, и каждый ИЗ емкостных электродов своей внутренней поверхностью прикреплен к внешней поверхности соответствующего изолирующего цилиндра, причем число

25 емкостных электродов, их высота и расстояние между ними определяются заданной величиной предельной энергии частиц ускорителя,

На чертеже изображен предлагаемый

30 ускоритель.

Первый контур, создающий первый промежуток, разносящий потенциал, состоит из цилиндрического электрода 1, образующего емкость с корпусом 2, и индуктивности 3, вмонтированной в изолирующий цилиндр 4. Второй контур содержит цилиндрический электрод 5, образующий емкость сцилиндром 1, и индуктивность 6, вмонтированную в изолятор 7. Конструкции последующих .контуров аналогичны. Контуры индуктивно связаны друг с другом рассеянными магнитными полями катушек индуктивностей. Контуры могут быть связаны и кондуктивно посредством проводников, соединяющих соседние катушки индуктивности. Источник заряженных частиц 8 располагается на емкостном электроде последнего контура. Пучок ускоренных частиц может быть выпущен через фольгу 9 или заторможен мишенью, расположенной перед фольгой или за ней. Система резонансных контуров располагается в корпусе 2, откачиваемом до требуемого вакуума насосом 10, Индуктивности контуров охлаждаются Жидкостью, подаваемой по коммуникациям 11, Позицией 12 обозначен ввод высокочастотной мощности, позицией 13 - виток связи с системой контуров.

Устройство работает следующим образом.

Посредством ввода высокочастотной мощности 12 на резонансные контуры подается высокочастотное напряжение, частота которого совпадает с той из собственных частот системы связанных колебательных контуров, на которой токи во всех контурах синфазны, Такая частота существует любом количестве колебательных контуров N. Докажем этом.

Обозначим через С;

и L: - емкость и и«дуктивность j-ro контура ить (1 U j N) , через M,j,, коэффициент взаимной индукции j -го и (j-t-l)-ro контуров, через q; - заряд на j-ом конденсаторе. Система уравнений, описьшающая колебательные процессы в контурах, имеет вид:

L/q + , - , -2Ча..4/,.° - , Lft., 4N. N-a,,N4N

(Чк+Чн/Сй

- н.

N-1,N ЧrNОбозначим черезШ (L,j Cj) невозмущенную собственную частоту j-rb контура и будем искать решение систе аа (1) в виде

iout

i УГ . .,

Для вектора-столбца Y у «-Уи

находим

(21

M(tJU)Y о ,

где матрица М(ш имеет вид

i

Ш -Ш -:ии О О... 1

5 M((«))),V..

Ьл а

,2 (ЛН, 1

1 ъО Ь5

Собственные частоты находятся из уравнения

dec МЫ О

Необходимо доказать, что среди них edTb такая частота tJo , что уравнение

M(S)y 0

имеет решение Y, все компоненты 20 которого положительны.

Задача (2) сводится к задаче на собственные значения матрицы А:

,А.,...

-1 NVji - 1

-1 W1 -Ч. tt) -- tl) ООО...

-Ш-УС.-2 - 00-

АЛи , -1 , -г / -Ч,

.f......°:

Матрица А - положительная. Отсюда следует, что существует положительное собственное значение Л. , которому отвечает положительный собственны вектор Y, Тогда вектор Y (jyj

. является положительным решением исходной задачи (2), Для случая кондуктивной связи между контурами доказательство аналогично.

В частности, в случае слабой связи одинаковых контуров (1 L, С j С, М,-,/и М и О M/L « 1 J нетрудно найти, что синфазная частота ср и добротность Q систе1У1ы N контуров (в каждом из которых активное сопротивление R) имеет вид:

VNH

Г, . N-l А / -1

-)1,

2 L S

2

л/ЬМ М А

Q-Qof 47c Qg)l,

-I-LC

ИЗдбсь (Ci)-- частота любого из контуров при отсутствии связи, QO 1«Ъ/|ЕЯ - его добротность. Например, при M/L 0,2, , N 10 и Q 50 находим;

и . 1, Q i 35

Таким образбм, резонансная частота и добротность изменяются незначительно.

Формула изобретения Ускоритель Заряженных частиц, содержащий корпус и расположенные в нем