Способ ускорения пучка заряженных частиц Советский патент 1982 года по МПК H05H13/00 

Изобретение относится к ускорительно технике и может быть испопьзовано апя поручения сипьноточных релятивистских пучков или интенсивных электронных копе для коллективного ускорения ионов.

. Известен способ ускорения пучАа заряженных частиц, включающий инжекцию частиц в синхротрон с последующим воздействием на инжектированный пучок переменным магнитным и ускоряющим электрическим полями С }

Недостатком известного способа является необх $димость предварительного ускорения пучка в специальном ускорителе и воздействия на инжектированный пучок отклоняющим электро у$агнитным полем, обеспечивающим затухание бетатронных колебаний, что обуславливает сложность реализации известного способа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ ускорения пучка заряженных частиц, основанный на возбуждении переменного во времени ведущего магнитного поля, включении СВЧполя при минимальном значении ведущего магнитного поля с одновременной ишкекиией порции заряженных частиц в цент ральну ю область, ведущего магнитного попя и. последующим ускорении порции частиц в циклотронном режиме до выведения их на релятивистскую орбиту на восходящем участке ведущего магнитного поля 2 }

Недостатком известного способа является недостаточная интенсивность ускоренного пучка, обусловленная отсутствием накопления в пучке ускоренных частиц, что снижает возможности указанного способа в научно-исследовательских и промыщлецных целях.

Цель изобретения - повышение интенсивности ускоренного пучка.

Цель достигается тем, что в способе ускорения пучка заряженных частид веду шее магнитное поле формируют периодическим во времени с отличной от нуля постоянной составляющей и после выведения порции частиц на релятивистскую орбиту выключают СВЧ-поле на спадак щем участке ведущего магнитного поля, выводят пучок на промежуточную релятивистскую орбиту с радиусом, большим радиуса первоначальной релятивистской орбиты, при достижении ведущим магнитным полем минимального значения вновь включают СВЧ-поле, одновременно инжектируют в центральную область веду щего магнитного поля новую порцию заряженных частиц, ускоряют эту порцию частиц до релятивистской энергии на восходящем участке ведущего магнитного поля с одновременным захватом в ускорение предыдущей порции частиц с промежуточной орбиты, и после вь1веаения суммарной порции nactHn на первоначальгную релятивистскую орбиту на восходящем участке ведущего попя периодически повторяют всю последовательность указав ных операций.

На фиг. 1 показана схема расположения орбит электронных пучков в процессе ускорения и накопления; на фиг. 2 представлены графики изменения во времени ведущего магнитного поля В, амплитуды СВЧ-поля и импульсов инжектируемого тока источника заряженных частии истНа схеме расположения орбит показаны граница 1 действия магнитного и электрического полей, траектория 2 пучка в процессе ускорения до выхода его на релятивистскую орбиту 3, промежуточная релятивистская орбита 4, место расположения источника 5 заряженных частиц

Данный способ осуществляют следующим образом.

Формируют, например, в соленоиде ведущее магнитное поле В путем одновре меннохх возбуждения постоянного и переменного, например, синусоидального, магнитных полей.

Лри минимальном значении суммарного ведущего поля В (точка t,фиг.2) включают СВЧ-поле, например волны типа Ищ в ускорительной области соленоид с помощью СВЧ-генератора. Одновременно с включением СВЧ-поля инжектируют, например, с помощью электронной пушки . порцию заряженных частиц в центральную область ведущего магнитного поля. Уско ряют эту порцию заряженных частиц в циклотронном режиме на восходящем участке ведущего поля по траектории 2 до релятивистской энергии, которой соответствует релятивистская орбита 3 с радиусом R. После перехода импульса ведущего поля через максимум на спадающем участке суммарного ведущего маг нитного попя при значении релятивистской энергии пучка, соответствующей величине энергии пучка на промежуточной орбите 4 и индукции магнитного поля В,, (точка , фиг. 2), выключают СВЧ-поле и выводят пучок путем дальнейшего уменьшения суммарного ведущего потш до значения В на промежуточную релятивистскую о)рбиту 4 с радиусюм R, бопьштол радиуса TR. При минимальном значении индукции суммарного попя В, (точка З фиг. 2) вновь включают СВЧ-попе и одновременно источник частиц, т. е. ннжект руют в центральную обпасть ведущего попя новую порцию заряженных частиц. Далее ускоряют эту порцию частиц до ретштивистских. энергий на вост одящем участке суммарного ведущего магнитного попя, при этом одновременно захватывают в ускорение предыдущую порШло частиц I с промежуточной орбиты 4. В этом процессе новый ускоряемый пучок движется от центра к орбите 3 по траектории 2 в виде разворачивающейся спирапи, а предыдущий /накопленный/ пучок движется к орбите 3 по сворачивающейся спирапи по шправпению от орбиты 4. Когда пучки (новый и уже макоппениый) попадают

на орбиту 3, они ускоряются и замедпяются вместе, так как накопленный пучок

автоматически захватывается в режим ускорения вьтсокой частотой.

После выведения суммарной порции частиц на орбиту 3 на восходящем участке суммарного ведущего попя, повторяют весь цикл операций по переводу суммарной порции частиц на промежуточную орбиту 4 на спадающем участке магнитного попя с последующим привлечением третьей и т.д. порции частиц.Таким образом, цикцы t могут повторяться в количестве, определяемом ограничением на интенсивность накопленного пучка.

После завершения процесса накопления, магнитное попе установливйбтся на постоянном или медленно изменяющемся во времени значении В,.

Таким образом, в отличига от прототипа, в данном способе осуществляется процесс накопления в пучке ускоренных частиц до требуемой интенсивности.

СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, основанный на возбуждении переменного во времени ведущего магнитного попя, включении СВЧ-поля при минимальном значении ведущего магнитного поля с одновременной инжекцией порции заряженных частипв центральную область ведущего магнитного поля, и последующим ускорении пор шш частиц в циклотронном режиме до выведения их на релятивистскую орбитуна восходящем участке ведущего мдгнитногч} поля, отличающийся тем, что. с цепью повышения интеисивности уско- . ренного пучка, ведущее магнитное поле фор 1ируют периодическим во времени с отличной от нуля постоянной составляк щей и после выведения порции частиц на ретштивистскую орбиту выключают СВЧ-поле на спадающем участке ведущего магнитного поля, выводят пучок на промежуточную релятивистскую орбиту с радиусом, больщим радиуса первоначальной релятивистской орбиты, при достижении ведущим магнитным полем минимального значения вновь включают СВЧполе, (одновременно- инжектируют в центральную область ведущего магнитного поля новую порцию заряженных частиц, kn ускоряют эту порцию частиц до релятивистской энергии на восходящем участке . ведущего магнитного поля с одновреме ным захватом в ускорение предыдущей порции частиц с промежуточной орбиты и, после выведения суммарной порции час 00 тиц на первоначальную релятивистскую орбиту на восходящем участке ведущего О5 магнитного поля периодически повторяют о й всю последовательность указанных опера::ций. О5

-4©

б

в|-

-

fm

.JfLt

: c..