Генератор синхротронного излучения непрерывного действия Советский патент 1983 года по МПК H05H13/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для прикладных, научно-исследовательских и метрологических целей в случаях, когда требуется синхротронное излучение в диапазоне длин волн до десятков нанометров.

Известен генератор синхротронного излучения непрерывного действия, со. держащий кольцевой синхротрон и устройство для инжекции предварительно ускоренных частиц на кольцевую орбиту 1)

В известном устройстве осуществляется предварительное ускорение частиц с последующей их инжекцией на кольцевую орбиту, где далее протекает процесс циклического излучения,. непрерывно сопровождающийся генерацией синхротронного излучения.

Недостатком известного устройства являются его большие габариты-, связанные с необходимостью предварительного ускорения в отдельном устройстве .

Нс1иболее близким к предлагаемому является генератор синхротронного излучения непрерывного действия, содержащий источник ВЧ-мощности, подключенный к резонатору, охватывающему орбиты ускоряемых электронов, а также Охватывающий орбиты электронов постоянный осесимметричный электромагнит с медианной плоскостью, внутри которого расположена вакуумная камера из проводящего материала С2. В известном устройстве предварительное ускорение электронов осуществляется в микротроне, после чего

10 пучок выводится на кольцевую орбиту, где и осуществляется процесс циклического ускорения, сопровождающийся непрерывной генерацией синхротронкого излучения.

15

Недостатком известного устройства являютря его большие габариты, что

.связано с необходимостью предварительного ускорения частиц в отдельном устройстве. Даже при уменьшении аб20солютных размеров устройства указанные конструктивные особенности не позволяют снизить его габариты в до статочной степени.

; Цель изобретения - уменьшить га25бариты устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе синхротронного излучения непрерывного действия, соIдержащем источник ВЧ-мощности, подключенный к резонатору, охватываю30

щему орбиты ускоряемых элейгронов, а также пс с оянный осе симметричный электромагнит с медианной плоскостью внутри которого расположена вакуумная камера из проводящего материала, внутри вакуумной камеры расположен осесимметричный импульсный электромагнит с медианной плоскостью, причем его ось и медианная плоскость совмещены с осью и медианной плоскостью постоянного электромагнита, тол.щина стенок вакуумной камеры превосходит толщину скин-слоя возбуждаемого импульсным электромагнитом поля, часть вакуумной камеры совмещена с резонатором, внутри которого расположен источник электронов, а обмотки импульсного и постоянного электромагнитов подключены к индивидуальнЕдм источникам питания навстречу друг другу.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - зависимость ведущего магнитного поля В от време- ни %; на фиг. 3 - зависимость напря хения Е ВЧ-генератора от времени t ; на фиг.в4 - зависимость импульса тока .источника О от времени t..

Генератор синхротронного излучения- непрерывного действия содержит постоянный электромагнит 1 ведущего магнитного поля с мягкой фокусировкой, безжелезньой электромагнит 2 импульсного ведущего магнитного поля, СВЧ-генератор 3, резонатор 4, являющийся частью СВЧ-тракта .5, вакуумную камеру 6, источник 7 частиц диафрагму 8 для согласования связи резонатора с СВЧ-трактоМ, вакуумно- плотный изолятор 9, прозрачный для СВЧ-радиоволн, патрубок 10 откачного насоса, патрубок 11 со стеклами для вывода синхротронного излучения кабели 12 для подключения электроманита 2 импульсного ведущего магнитного поля к разряднику и конденсс Торной батарее (на фиг. не показаны ), вывод 13 обмотки электромагнита 2, коаксиальный с резонатором цилиндр

14для создания малоиндуктивного подвода к выводам 13 (.другой конец обмотки электромагнита 2 соединен непосредственно со стенкой резонатора 4J. Релятивистская орбита пучка

15расположена внутри резонатора 4. Электромагнит 2 импульсного ведущего магнитного поля размещен внутри ускорительной конфигурации магнитного поля постоянного электромагнита 1, медианные плоскости А-А импульсного 2 и постоянного 1 электромагнитов совмещены, при этом электрмагнит 2 импульсного ведущего магнитного поля расположен внутри вакуумной камеры б. Камера б выполнен металлической. Часть полости камеры

6 совмещена с плоскостью резонатора 4.

Устройство-работает следующим образом. ..

в вакуумной Камере 6 создается разрежение, величина которого определяется необходимым временем жизни . пучка. Ведущее, магнитное поле,- создаваемое- постоянным электромагнитом 1, поднимается до значения В-с(фиг.2), соответствующего энергии электронов, необходимой для времени жиз.ни пучка при дальнейшем доускорении в процессе медленного подъема поля тостоянг ного магнита. Электрсмагнит 2 импульсного ведущего магнитного поля кабелями 12 подключен к конденсаторной батарее через разрядник. При срабатывании разрядника возбуждается импульсное магнитное поле и происходит затухающий колебательный процесс тока в электромагните 2. Амплитуда импульсного магнитного поля подбирается таким образом, чтобы и.а уровне BO магнитное поле соответствовгуто циклотронному резонансу. В этот момент включаются СВЧ-генератор 3 и источник 7 частиц (фиг. 3,4), и происходит известный процесс циклического ускорения частиц на возрастающем участке магнитного поля в .скрещенных импульсом ведущем и постоянно высокочастотном ускоряющем типа И ц, полях. Длительность импульса СВЧ должна соответствовать времени затухания процесса в конторе импульсного электромагнита 2. После этого напряжение СВЧ может быть резко снижено до предела, практически необходимого для компенсации потерь на синхротронное излучение и доускорение дО предельной энергии, которое должно быть сделано с помощью медленного подъема поля постоянного электромагнита. 1,н за время, меньшее времени жизни.пучка при энергии инжекции. Следует отметить, что импульсное магнитное поле , период которого определяется приблизительно десятком микросекунд, имеет малый скин-слой и не может . выйти за пределы металлических стенок разонатора-камеры, нанеся вред постоянному электромагниту, особенно, если он криогенный. Криогенные электромагниты легко позволяют получить индукцию магнитного поля равную 10 Тл и более, поэтому максимгшьная энергия пучка при длине волн СВЧ, равной 10 см, может быть соответственно 50 МэВ и более.

Поскольку синхротррнное излучение способствует затуханию, бетатронных колебаний частиц, в данном устройстве размер поперечного сечения пучка В силу длительного воздействия синхротронного излучения мал. Поэтому такой генератор/ как и всякий ; накопитель, может дать значительно меньшую систематическую ошибку при использовании его для метрологических целей.

Таким образом, в предлагаемом i eнераторе синхротронного излучения непрерывного действия обеспечивается инжекция высокоэнергетического пучка в ускорительную конфигурацию магнитного поля постоянного электромагнита на релятивистскую орбиту без специальных устройств инфлектора частиц, канала для транспортировки пучка и сложного генератора высокочастотного напряжения переменной частоты, что существенно упрощает конструкцию генератора. Устройство имеет, значительно меньшие габариты по сравнению с прото гипом, включающие пространственно разнесенные ускорительный и доускоряюще-накопительный узлы.

Формула изобретения

Генератор синхротронйого излучения непрерывного действия, содержащий источник ВЧ-мощности, подключенный к резонатору, охватывающему орбиты ускоряемых электровоз, а также постоянный осесимметричный электромагнит с медианной плоскостью, внутри которого расположена вакуумная из проводящего материала, отличающийся тем, что, с

целью уменьшения габаритов устройств .ва, внутри вакуумной камеры располо-i жен осесимметричный импульсный электромагнит с медианной плоскостью, причем его ось и медианная плоскость совмещёТ1ы с осью и медианной плоскостью постоянного электромагнита, толщина стенок вакуумной камеры превосходит толщину скин-слоя возбуждаемого импульсным электромагнитом поля, часть вакуумной камеры совмещена

0 с резонатором, внутри которого расположен источник электронов, а обмотки импульсного и постоянного электромагнитов подключены к индивидуальным источникам питания навстречу

5 друг другу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

20 i« Ускорители. Под ред. Б.Н.Яблокова, М., Атомиздат, 1962, с. 221-230.

2. Капица C.IIi, Луганский Л.В., Зыкин Л.М. Проект электронного накопителя на энергию 1 ГЭВ для получения магнито-тормозного излучения. Труды третьего Всесоюзного срвещания по ускорителям заряженных частиц. Том 1, М., Наука, 1973 г.,

2Q стр. 82-84 (прототип).

f О

-SftHC

{icm

Йив.З

Фиг A