Устройство для вывода пучка заряженных частиц Советский патент 1980 года по МПК H05H7/00 

ные каналы, с резко отличающимися частотами посылок.

Поскольку каналы иа промежз.точные энергии в этом случае располагаются ускоряющими секциями, то неиременным требованием для этих систем разводки пучка является их компактность.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства для вывода пучка заряженных частиц, обесиечивающего разводку пучка но двум каналам с разной частотой посылок в широком дианазоие ио энергиям.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для вывода пучка зарял еиных частиц, содержащем электромагнит постоянного тока н импульсный одновитковый магнит, расположенный между полюсами электромагнита, и имеющем окна для виуска и выпуска частиц, импульсный магнит вынолнен в виде цельнометаллической рамки-иетлн, имеющей форму прямоугольной трапеции с тремя окнами, расположенными соответственно в боковых сторонах н больщом основаннн транеции, и снабжен механизмами для его перемещения вдоль и поперек нанравления нучка, а плоскость окна для выпуска частиц в прямой капал составляет угол а с оспованнем транеции, удовлетворяющий выражеиию:

G-1

Ctga ,

SЯ

где G - усредненный ноперечпый граднент магнитного ноля импульсного магннта, обусловленный наличием бокового окна;

/ - нродольный размер этого окна; // - усредненная напряженность ноля

в импульсном магните. На фиг. 1 схематично показано нредложенное устройство; на фиг. 2 - рассчитанный на ЭВМ эмиттанс нучка в разных сечениях устройства в режиме компенсации для конкретного примера неполнения; на фиг. 3 - отклонение нучка от оси ускорителя в зависимости от продольного перемещения импульсного магнита для конкретного примера исполнения, при условии, что угол между осью прямого канала и направлением пучка равен нулю.

Устройство (фиг. 1) содержит вакуумную камеру 1, располол енную между полюсами электромагиита 2, размещенный внутри камеры 1 импульсный одновитковый магннт 3 в виде цельнометаллической рамки-петли, подключенной к источнику тока, имеющей форму прямоугольной трапеции с тремя окнами, расположенными соответственно в боковых сторонах н больщом основании трапеции, для впуска и выпуска частнц в прямой, сохраняющий первоначальное направление пучка, и боковой каналы, входное окно 4, окно 5 бокового канала, окно 6 прямого капала. Устройство снабжено механизмами для перемещения импульсного магнита вдоль и поперек направления пучка: механизмом 7, служащим для перемещения как целое камеры 1 с импульсным магнитом 3 вдоль направления пучка ускорителя (для конкретного примера исполнения данный механизм представляет две сильфонные развязки с направляющими щцильками между фланцами вакуумного

тракта ускорителя и камерой 1), механизмом 8 для перемещеипя импульсного магнита но нормали к иучку, состоящим в конкретном иримере исполнения из коаксиального ввода с сильфонной развязкой и керамического изолятора с фланцем. Сплощпой линией на фиг. 1 обозначена траектория центра пучка в прямом канале, пупктирпой линией - траектория центра пучка в боковом канале, стрелками показаны направления движения частнц в устройстве. Длина / бокового окна выбирается из соотнощения:

,

где Z) - дисперсия электромагнита;

.., энергетический разорос пучка

в %;

d - величина хода механизма для неремещения имнульсного магнита вдоль направления пучка. Плоскость окна 6 для выпуска частиц в прямой канал составляет угол а с осью ускорителя и оиределяется из соотпощения:

Ctga-. Н

Такое устройство для разводки пучка по

каналам работает следующим образом.

Пучок заряженных частиц ноступает на вход камеры 1, проходит через входное окно 4 импульсного магнита 3 н отклоняется полем электромагнита 2 через окно 5 имнульсного магнита в боковой канал.

При подаче тока в импульсный магнит в нем создается поле, направленное противоноложно полю постоянного магнита, чем достигается условие компенсации и пучок

через окно 6 проходит в прямой канал, где, например, захватывается ВЧ-полем ускоряющей секции и доускоряется до требуемой энергии. Для точного совмещения траектории пучка с направлением оси прямого

канала необходимо вынолнить условия: угол между траекторией центра пучка и осью прямого канала должен быть равным нулю на выходе устройства; отклонение центра пучка от оси канала равно нулю на

выходе устройства. Величина тока питания в импульспом магните выбирается такой, чтобы интеграл от результирующего поля но траектории центра пучка в устройстве был равным , в этом случае в прямом

канале сохраняется первоначальное направление пучка. Поскольку результирующее поле представляет сложную функцию продольной и поперечной координаты, разную при разных энергиях пучка, то нулевое отклонение центра пучка от оси канала на выходе устройства может быть лишь при определенном расположении импульсного магнита относительно поля электромагнита. Для совмещения центра пучка во всем энергетическом диапазоне с осью прямого канала служат механизмы 7 и 8 для перемещения импульсного магнита.

На фиг. 3 показано отклонение центра пучка от оси канала в зависимости от перемещения импульсного магнита вдоль продольной координаты.

Настройка при заданной энергии пучка производится так, чтобы обеспечить нулевое отклонение центра пучка на выходе устройства от оси канала.

На фиг. 2 показано преобразование фазового объема пучка в разных сечениях для конкретного примера исполнения, где о - начальный эмиттанс пучка, б - эмиттанс пучка на входе в импульсный магнит, в - эмиттанс пучка в начале бокового окна, г - эмиттанс пучка в конце бокового окна, д - эмиттанс пучка на выходе импульсного магнита, е - эмиттанс пучка на выходе устройства. Дефокусировка пучка, сечение г, полностью устраняется правильным выбором угла а (сечение д, е).

Достоинства данного устройства заключаются в простой технологии изготовления. Кроме того, для облегчения юстировки и обеспечения устойчивости магнита в условиях импульсной работы, в рамку по краям могут быть запрессованы, например, керамические изоляторы, позволяющие осуществить надежную центровку петли по отношению к апертуре вакуумной камеры с точностью ±0,1 мм.

Таким образом, предлагаемое устройство, обладая сравнительно простой конструкцией, позволяет одновременно обеспечивать

пучком два канала потребителей и согласовывать эмиттанс пучка с аксептансом этих каналов в широком энергетическом диапазоне с разными частотами посылок.

Формула изобретения

Устройство для вывода пучка заряженных частиц, содержащее электромагнит постоянного тока и импульсный одновитковый магнит, расположенный между полюсами электромагнита, имеющий окна для впуска и выпуска ускоренных частиц, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, импульсный магнит выполнен в виде цельнометаллической рамки-петли, имеющей форму прямоугольной трапеции с тремя окнами, расположенными соответственно в боковых сторонах и большом основании трапеции, снабжен механизмом для перемещения его вдоль и поперек направления пучка, а плоскость окна для выпуска частиц в прямой канал составляет с основанием трапеции угол а, удовлетворяющий

выражению

c.g. «.

где G - усредненный градиент магнитного поля импульсного магнита, обусловленный наличием окна для выпуска частиц, расположенного в больщом основании трапеции; / - продольный размер этого окна; Н - усредненная напряженность поля

в импульсном магните.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Козодаев А. И. и др. Система импульсной коммутации пучка .линейного ускорителя. Препринт ИТЭФ-52, 1976.

2.Миронов Е. С. и др. Компенсирующая система для ввода частиц в постоянное магнитное поле накопительной дорожки. -

ПТЭ, 1968, № 5, с. 23 (прототип).