Способ накопления протонов в кольцевой магнитной периодической системе

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИМ

<1% (11) (51)4 Н 05 Н 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р Е

° ° l с (46) 30.01 89. Бюл. N- 4 (61) 1075939 (2I) 3629552/24-21 (22) 28.07.83

cg($j>,, = — у

К где 4(t)=-р+ b,, 1 с—

I-4 с;(t) 1;— коэффициент пространственного расширения орбит; число участков; протяженность

i --ro участка, 2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ н и с я тем что величины градиентов квадрупольного поля изменяются (72) Ю.П.Севергин и И.А,Шукейло (53) 62 1.384.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1075939, кл. Н 05 Н 13/00, 1983. (54)(57) 1. СПОСОБ НАКОПЛЕНИЯ ПРОТОНОВ В КОЛЬЦЕВОЙ ИАГНИТНОЙ ПЕРИОДИЧЕС.

КОЙ СИСТЕИЕ по авт.св. В 1075939, отличающийся тем, что, с целью увеличения количества накопленных протонов путем снижения действия кулоновского расталкива. ния частиц в сгустках, инжекцию протонов осуществляют в течение несколь. ких циклов работы инжектора и на локальных участках орбиты кольцевой магнитной периодической системы возбуждают магнитное поле квадрупольной конфигурации, которое сначала увеличивают со временем, а затем уменьшают, при этом выполняется

)условие на котором возбуждается магнитное квадрупольное пола с переменным во вре. мени градиентом G; (1); „- дисперсионная функция кольцевой магнитной периодической системы на i-м участке;

1 „— постоянные коэффициенты, зависящие от структуры кольцевой магнитной системы и .азимутального положения i-ro участка, а угловы скобки обоэначают усреднение по интервалу времени а +ht, между циклами работы инжектора; — приведенная энергия ннжек" тируемых частиц. во времени гармонически, при этом выполняется условие

4 2И

ec(t ) — + Ь g, 8 in„---r, 32 2+аГ1

1207387 . гдето а=Г а1й—

const; период работы инжектора; длительность импульса тока инжектора.

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к способам формирования коротких и длинных интенсивных сгустков протонов, и может быть использовано для генерации импульсных потоков нейтронов большой интенсивности и проведения экспериментов с мезонами и нейтрино.

Целью изобретения является увеличение количества накопленных протонов путем снижения действия куло.новского расталкивания частиц в сгустках за счет дебанчировки.

На фиг. 1, 2 и 3 показана плотность частиц по азимуту накопителя в различные моменты времени прк накоплении ряда импульсов тока инжектора в прототипе; на фиг. 4,5,6 и 7 плотность частиц по азимуту накопителя при накоплении ряда импульсов тока инжектора предлагаемым .способом; на фиг. 8 и 9 — оеапизация предлагаемого способа на примере накопителя протонов мезонной фабрики.

На фиг. 1 показана азимутальная последовательность сгустков частиц, накопленных после и --й икжекции в про. тотипе. На фиг. 2 показано азимутальное распределение частиц в промежутке времени 1„ 1»6„ v между 36 двумя последовател:,кыми моментами инжекции. Азимутапьное распределение частиц сохраняется в силу вык

1 условия м, = — . На фиг. 3 показано

1 И распределение частиц после следующей, (n+ T) -й инжекции, 4 t„+c +a(.

На фиг, ч показана последовательность сгустков частиц, накопленных после h --Й инжекции данныи способом.

Чтобы ослабить кулоновское взаимо- . действие частиц в период времени

1„» (1„t с изменяют коэффициент пространственного расширения орбит, Так как при этомK(tj f J, то период

ФЗ обращения частиц Т зависит от их импульсов Р . Связь между изменением

1 периода обращения aT, и отклонением импульсов dрот среднего значения Р следующая.

Следовательно, при наличии импульсного разброса происходит раэгруппировка, сгустки растягиваются по азимуту н, возможно, перекрываются. При a oL частицы с большим импульсо 1 (а О) начинают отставать, а с меньшим (ар»0) уходят вперед.

В режиме, характерном для работы

1 прототипа e. (1) =м, -- и период

Э - у2 обращения не зависит от импульса.

Имекко по этой причине сгустковая структура сохраняется со временем.

На фиг. 5 показано распределение частиц в момент времени между двумя последовательными инжекциями. В этом случае кулоновское,взаимодействие. ослабляется в 5 /аб раз, где 5 " расстояние между центрами сгустков, 65 — начальная протяженность сгустка. Если затеи g изменить в другую сторону настолько, чтобы было выполнено неравенство М (к о, то картина движения неравновесных частиц становится обратной: частицы с большим импульсом начинают опережать частицы с меньшим импульсом.

К моменту инжекции (я+1)-й порции частиц от резонансного ускорителя сгустковую структуру восстанавливают (фиг. 7). условием восстановления сгустковой структуры является изменение a (t) по такому закону, чтобы к моменту времени очередной инжекции выполнялось условие: g (t )a7. 1/Il.

Реальная зависимость М (Ф), удовлетворяющая этому условйю, может быть различной. В процессе вариации а (4) желательно сохранять неизменной частоту бетатронных колебаний частиц.

1?07387

2 4 ф (т.)=м +hotsin

4 Ьг+4 где at + 4 — период работы резонансно" го ускорителя — инжектора.

Йример.

Реализаций данного способа в накопителе протонов мезонной фабрики (фиг. 8 и 9).

Линейный ускоритель создает на выходе кольцевой магнитной системы последовательность импульсов тока .длительностью Ь =100 мкс и частотой следования 100 Гц. Интервал времени с между последовательными импуль- . .сами тока в 99 раз превышает длительность импульсов тока.

В кольцевой магнитной периодической системе накопителя формируются четыре сгустка, равномерно расположенные по периметру. Длительность, сгустка н одном иэ режимов составляет 10 нс. Интервал между сгустками 100 нс.

Ведущее магнитное поле кольцевой магнитной периодической системы выбрано так, что выполняется условие

Н» фиг. 8 показана схема накопител; ного кольца и приведены основ35 íûl параметры.

Элемент периодичности состоит из четырех линз 1, 2 и четырех поворотHhlx магнитов 3, расположенных между диаметрально противоположными точ40 ками орбиты, и представляет собой ахроматическую поворотную систему с регулируемой продольной дисперсией.

Ход дисперсионной .функции 11 на

4> элементе периодичности показан на фиг. 9 под цифрой 1.

Обозначение конструктивных элемен. тов, расположенных вдоль оси абсцисс

5, идентично с обоэначением на

50 фиг. 8.

Для изменения по времени коэффициента пространственного расширения орбит к(t) в каждый элемент периодичности включены по две оди55 наковые импульсные квадрупольные лин" зы 4, которые устанавливаются посере.дине между поворотными магнитами.

Импульсные линзы запнтыван:г<..я от ор«1

О

О рог устройства, осуществляющие регули;рование et(t7 при постоянной частоте бетатронных колебаний, известны.

На время Ь4 инжекции (я +1)-ro импульса тока от резонансного ускори теля К (Ф) поддерживают постоянным, ° а 1 равным g (t) =M -q. На фиг. 7 покаэа4 но азимутальное распределение частиц после инжекции $ =(+a+at(n+1)-ro ими пульса тока резонансного ускорителя.

Учитывая, что 7 намного больше Ь|, йотребуем выполнения условия

1 (к) = — эа период времени с +ь1

rt l ь

- где с + Ь вЂ” период работы резонансного ускорителя, В этом случае в процессе инжекции g (t)11 go и происходит увеличение азимутальной протяженности формируемых сгустков в накопителе. Но если c((т.) во время инжекции Ьт. не намного отличается от К то увеличение незначительно. Это позволяет упростить систему управления коэффициентом пространственного расширения орбит выбором вариации по закону где к р - коэффициент пространственного расширения орбит; приведенная энергия инжектируемлх частиц, н нашлем случае $ =1,64. !

Условие Ф = — обеспечивает сохра4 ) нение азимутальной протя*енности циркулирующих микросгустков.

Дальнейшее повышение числа частиц в сгустках возможно, если осуществить

10 наполнение частиц эа несколько (510) циклов работы инжектора. Препятствующим фактором является кулоновское взаимодействие частиц э сгуст" ках. Оно приводит к увеличению про15 дольных и попереччых размеров сгустков, изменению частот бетатронных колебаний частиц У и 4 в конечй нем итоге, к ограничению накопленно го тока. Этот недостаток преодолевауд ется в изобретении благодаря дебанчироэке пучка в накопителе на вре-г мя 2 =10 с между последовательными импульсами инжектора и последующей его банчировке к моменту иижекции

25 путем периодического изменения во времени коэффициента пространственного расширения орбит g (т,) . Изменение во времени осуществляют путем возбуждения магнитного поля квадрупольной, конфигурации на локальных участках орбиты кольцевой магнитной периодической системы.

1207Ý87

5 ного источника тока. Длина линзы f.

I равна 20 см.

В зависимости от величины градиента магнитного оля в линзах коэффициент пространственного расширения орбит изменяется по закону ! к®- —,.ТЬ q.q . ьь где Vi 470 см (. Фиг.2).

20 см1

Э„ ь P ° 4

Р & где Р 4,07 10 Э см. - магнитная жесткость

15 инжектируеmm частиц; ,П - периметр накопителя (И-10200 см).„

Величина 0; зависит от магнитной структуры накопителя и азимутального размещения импульсной t †.й линзы. Для структуры рассматриваемой меэоиной фабрики Э; г1г 470 см и Ь; =

1. 13. 10 1/Э см.

При градиенте поля в линрах-г ; . 4100 Э/см величина C (t)- у =0,0425. . На фиг. 9 под цифрой И показана дисперсионная функция g в случае вклю чения квадрупольиых линз с G; "

100 Э/см, под цифрой гП вЂ” для слу чая 6„ - 100 э/см.

Выберем закон изменения коэффициента пространственного расширения орбит в виде

Ф

1 . 2и1

q((t) " +a&! 81П;.»-"

° +at где aors const, < + 6 t период работы резонансного ускорителя-инжектора, 41 - длительность импульса тока инжектора, для чего величины градиентов квадрупольного поля будем изменять по закону ;(1) -a; зп.+

2н t

При 4 100.Э/см & & =0,0425.

Дебанчировка каждого сгустка 4Т эа период времени от 0 до определяется выражением ! &Р„!

2 &ж(ь+&6 а& о 3

aP„ где 2/ — — / — полный разброс по имР пульсам в накопленном пучке

2/---/ = 5 10

&Р„. . Р

За время (+&1)/2 каждый сгусток увеличивает свою длительность на

670 ис, т.е. сгустки, сформированные в процессе иижекции одного импульса линейного ускорителя длительностью

100 мкс (четыре одинаковых сгустка с протяженностью по 10 нс) полностью перекрываются. В накопительном коль-це к этому времени будет непрерывный пучок. Далее при t > (+at)/2 происходит обратный процесс, т.е. баичировка в сгустки первоначальной лительиости.

1а с1сгп+ Г

1207387

1207 387

759 Тирам 771 Подписное

BHHHI1H Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ

Филиал ППП "Патент", г.ужвород, ул.Проектная, 4

Составитель В.Краснопольский

Редактор О.Стенина, Техред А.Ач Корректор С.Шекмар