Коллективный ускоритель электронно-ионных колец Советский патент 1982 года по МПК H05H5/00 

1

Изобретение относнтся к ускорительной технике, а именно к коллективному .методу ускорения, и предназначено для получения ннтеншвных ( ионов/с) пучков но-нов любых злементов, ускоренных до энергии; порядка 10 МэВ/нуклон.

Известно устройство, содержащее градиентный соленоид и расположенную внутри него импульсную линию 11.

В известном устройстве осуществляется ввод электронного кольца в градиентный срленоид со стороны его большего радиального размера, а в импульсной .линии возбуждается волна тока н сопутствующая ей волна машит ного поля, удаляющая электронное кольцо, в осевом направлении от места ввода.

При зтом кольцо перемещения в область нарастающего магнитного поля, увеличивая знергию своего азимутального движения.

Использование известного устройства для коллективного ускорения ионов в электронном кольце обладает тем достатком, что в устройстве не предусмотрено многократное использование одного электронного кольца для

периодического ускорения ионов, что снижает среднюю интенсивность ускоренного ионного пучка.

Наиболее близким техническим рещеннем является коллекторный ускоритель злектронно-ионных колец, содержащий генератор злект- рошшх колец, на выходе которого расположен градиентный соленоид с переменным радиальным размером, соединенный с генератором электронных колец со стороны своего меньшего радиа10льного размера, и устройство возврата электронного кольца к генератору электронных колец 2..

В известном соллектнвном ускорителе устtsройство возврата выполнено в виде обьемного резонатора, собственная частота колебаний которого должна совпадать с частотой продольных колебаний кольца в градиентном соленоиде. Это, в свою очередь, накладывает ограничение

20 на суммаргую массу ионов, ускоряемых в кольце, которая долж1в быть мала по сравнению « суммартой массой электронов в кольце. Таким образом ограничивается как кратность. 3-86 так и эффективность использования каждого электронного кольца. Недостатком известного устройства является низкая интенсивность пучка ускоренных ионов, обусловленная перечисленными вьиие ограничениями:Целью изобретения яЭляется повышение интенсивности пучка ускоренных ионов путем увеличения кратности и эффективности использования каждого электронного кольца. Поставленная цель достигается тем, что в i коллективном ускорителе злертронно-ионных/ колец, содержащем генератор электронных колец, на выходе которого расположен градиент|}ый-соленоид с переменным радиальным размером, соединенный с генератором электронных колец со стороны своего меньшего радиального размера, и устройство возврата электронного кольца к генератору электронных колец, устройство возврата электронного кольца к генератору электронных колец вьшолнено в виде импульсной линии, подобной .градиентному соленоиду формы, сйабженнш импульсной системой питания, устройство запуска которой синхронизировано по датчику остановки электронного кольца с противоположного генератору электронных колец конца градиентного соленоида. На фиг. 1 приведена общая схема устройства; на фиг. 2 --эквивалентная схема импул сной линии; на фиг. 3 - распределение статического магнитного поля В вдоль продольной от устройства Z (сплощная линия) и бегущей волны импульсного магнитного поля (пунктирная линия), а также координатьг начального положения электронного кольца амплитуды колебаний кольца Zj,- Z в. зоне остановки. Устройство содержит генератор 1 электронных колец, включающий инжектор электронов линейный индукционный ускоритель 2 и адгеза тор 3, градиентный соленоид 4, катуипсу 5, tt витки импульсной 6, охватьшающие траекторвпо электронного кольца 7, сшкрошзирующий виток 8, конденсаторы 9, емкость, .которых существенно превосходит собственную емкость витков б, генератор 10 токового импульса и согласованную нагрузку 11. Работает устройство следующим образом. Кольцо релятивистских электронов, сформированное в генераторе 1 электронных колец, загружается ионами и ускоряется в спадаю щем магнитном поле В. При попадании коль ца в область быстро нарастающего вдоль оси Z магнитного поля, создаваемого катушкрй 5, происходит сепарация ионной и электронной компонент кольца, электроны отражаются от потенциального барьера и соверщают колебания С малой..амплитудой, так как значительная часть их энергии .была передана ионам.Колебания электронного кольца гасятся за счет омических потерь в экранах и замедляющей системе, а также вследствие утяжеления кольца при загрузке новой порции ионов. После остановки кольца от генератора 10 запитывается замедляющая система, принципиальная схема которой показана на фиг. 2. Распространяющийся по линии токовый импульс создает движущуюся горку магнитногр поля, , которая возвращает электрото-ионное кольцо в исходное положение Z Z. Индукционная ЭДС, создаваемая движущимся токовым импульсом, увеличивает энергию электронов, полностью компенсируя затраты на ускорение ионов. Малая скорость распространения импульса в линии позволяет достичь значительной зарядности ионов (обдиркой электронным ударом) за время возвращения кольца в исходное положение, а также упрощает перехват кольца синхронизирующим стартовым витком 8, служащим для синхронизации момента старта электронно-ионного кОльца и удержания кольца в точке Z Zц в течение времени, необходимого для достижения требуемой за рядности ионов. Число колебаний электронного кольца ограничивается, в основном, двумя факторалга увеличением малых размеров электронного кольца за счет многократного рассеяния электронов в кулоновском поле ядер, приводящим к уменьщению электрического поля, удерживающего ионы в кольце, и потерей энергии электронов на синхротронное излучение. Медленное изменение фактора загрузки от одного цик)1а ускорения к другому, связанное с уменьшением энергии электронов и изменением объема кольца вследствие синхротронного излучения и многократного рассеяния, приводит к непостоянству энергии ускоренных ионов. При необходимости энергия ионов может бьггь застабилизировайа изменением давления в импульснрй струе, из которой происходит захват ионов в к;ольцо, или медленным изменением шгнитного поля и его градаента за стет релаксащга токов в дополнительных витках. Наличие системы синхронизации, периодически срабатывающей при каждом цикле ускорения в одном и том же кольце, а также воз- , можность обеспечить значительную загрузку кольца позволяет устранить недостатки и повысить среднюю интенсивность ускорения пучка ионов. Формула и- зобретения Коллективный ускоритель электронно-Horfных колец, содержащий генератор электронны

колец, на выходе которого расположен градиентный соленоид с переменным радиальным размером, соединенный с генератором электронных колец со стороны своего меньшего радиального размера, и устройство возврата злектрон- s кого кольца к генератору электронных колеи, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности пучка ускоренных ионов путем увеличения кратности и эффективности использования каждого электронного 0 кольца, устройство возврата электронного кольца к генератору электронных колец вьтолнено в

виде импульсной линии, подобнюй градиентному соленоиду формы, снабженной импульсной системой питания, устройство запуска которой синхронизовано по датчику остановкн электронного кольца с противоположного генератору электронных колец конца градиентного соленоида.

Источники ииформации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР по заявке « 2628501/18-25, Н 05 Н 5/00, 04.07.78.

2.Иовнович М. Л. Препринт ОИЯИ Р9-11686, (Дубна, 1978 (прототип). .