Циклический ускоритель заряженных частиц

 

Изобретение может быть использовано при разработке малогабаритных ускорителей заряженных частиц, работающих в диапазоне от тепловых до сильно релятивисткиз скороаей в циклическом ускорителе со сплошным электромагдатом. Циклический ускоритель заряженныз частиц электромагнит 1, лри включении которсго возбуждается ведущее магнитное поле ускорите шной конфигурации, внутри которого коаксиально С ним размещен резонатор (ОР) электромагнитной волны типа Н , в объем которого введены два идентичных диэлектрических цилиндра 5 и б, между торцами которых имеется зазор, длина которого вдоль оси сим гетрии ОР менее четверти длины волны резонансной частоты ОР. при этом нижний предел длины h зазора ограничен условиями возможности вывода синхротронного излучения из ОР, и Две петли 7 и 8 связи, расположенные со стороны противоположных медианной плоскости торцов диэлектричесхих цилиндров и соединенные электрически пинией 9, длина которой кратна половине длины волны резона 1сной частоты ОР, Присутствие диэлектрических цилиндров 5; 6 приводит к перераспределению напряженности элект)1ческого поля по радиусу. При этом она возрастает в центральной области и уменьшается по периферии Такое перера сп|5еделение способствует -повышению захвата частиц в ускорение. (Дикличеай й ускоритель заряженных частиц имеет повышенную энергию заряженных частиц. Зил,

сОтОЗ сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ IIATXHTHOE

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСНАТЕИТ СССР) (в) SU (u) 1435133 Al (Sl}5 3 ОБИ13 ОО (21) 4159171/21 (22) 10.12.86 (46) 1510.93 Бюл. ¹ 37-38 (72) Панасюк В.С. (54) ЦИКЛИЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯ>КЕННЬИ ЧАСТИЦ (57) Изобретение мажет быть использовано при разработке малогабаритных ускорителей заряженHblx частиц, работающих в диапазоне от тепловых до сильна релятивисткиз скоростей в циклическом ускорителе со сплошным электромагнитом. Циклический ускоритель заряженныз частиц содержит электромагнит 1, при включении которого возбуждается ведущее магнитное поле ускорительной конфигурации, внутри которого коаксиапьно с нйм размещен резонатор (OP) электромагнитной волны типа Н, в объем которого введены два идентичных

Ш диэлектрических цилиндра 5 и 6, между торцами которых имеется зазор, длина которого вдоль оси симметрии ОР менее четверти длины волны резонансной частоты ОР, при этом нижний предел длины

h зазора ограничен условиями возможности вывода синхротронного излучения из GP, и две петли 7 и 8 связи, расположенные со стороны противоположных медианной плоскости торцов диэлектрических цилиндров и соединенные электрически линией 9, длина которой кратна тюловине длины волны резонансной частоты ОР. Присутствие диэлектрических цилиндров 5; 6 лриводит к перераспределению напряженности электрического поля по радиусу. При этом она возрастает в центральной области и уменьшается по периферии. Такое перераспределение способствует Мвышению захвата частиц в ускорение. Циклический ускоритель заряженных частиц имеет повышенную энергию заряженных частиц. 2 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке малогабаритных ускорителей заряженных частиц, работающих в диапазоне от тепловых до сильно релятивистских скоростей в циклическом ускорителе со сплошным электромагнитом.

Цель изобретения — повышение энер; гии заряженных частиц путем увеличения радиуса„релятивистской орбиты частиц, за, счет понижения собственной частоты резо натора при неизменных era геометрических размерах;

Иа фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 — приведены эпюры индукции 8 магнитного поля и напряженности

Е электрического. поля, соответственно вдоль оси и радиуса ускоряющего резонато. O8.

Ускоритель содержит электромагнит 1

Ведущего магнитного и Оля, внутри которого коаксиально с ним помещен внутри вакуумированной камеры 2 объемный резонатор электромагнитной волны типа Нщ. Стенками резонатора являются два проводящих цилиндрических стакана 3 и 4, обращенных друг к другу и прозрачных для ведущего магнитногО поля. Медизнные плоскости электромагнита и резонатора совмещены. В объем резонатора в каждый из стаканов 3 и

4 введены идентичные диэлектрические цилиндры 5 и 6. Между торцами этих цилиндров в медианной плоскости резонатора

Образован зазор, длина которого вдоль ос» симметрии резонатора менее четверти длины волны резонансной частоты резонатора, при этом нижний предел длины h зазора ограничен условиями возможности вывода синхронного излучения из резонатора. В объем резонатора, со стороны его торцов, введены петли связи 7 и 8, электрически соединенные между собой длинной линией

9, д, ина которой кратна половине длины волны резонансной частотырезонатора, Резонатор связан петлей связи 10 с источником возбуждения 11 ВЧ поля. По оси симметрии в объеме резонатора расположен инжектор частиц 12, Вакуумная камера

2 прозрачна для ведущего магнитного поля, Ускоритель работает следующим образом.

При включении электромагнита 1 внутри него возбуждается ведущее магнитное поле ускорительной конфигурации. С помощью источника 11 возбуждения ВЧ-поля через петлю связи 10 в резонаторе возбуждае ся ускоряющее поле волны Нщ, Ускорение части от инжектора 12 происходит в плоскости орбиты пучка по разворачивающейся спирали до установления постоянного радиуса орбиты при достижении частицами релятивистских скоростей. В прототипе, в условиях воздушного диэлектрика в резонаторе релятивистская орбита пучка в силу структуры волны Нш оказывается на радиусе, равном приблизительно половине стаканов 3 и 4. образующего токоведущие поверхности. Это связано с тем, что собственная частота f резонатора длиной I и радиусом В для волны Н определяется следующим выражением:

10

341R ) где С вЂ” скорость света.

Если l»R, что практически, как правило, выполняется, то

3,41 R (2) Из условия синхронизма между частотой вращения частицы и частотой вращения электрического поля для релятивистской частицы; т и

С

2лг" (3}

30 где r - радиус релятивистской орбиты частицы (показанный для наглядности на фиг.1 пунктирной линией совместно с огибающей пучка заряженных частиц, имеющей место в

35 прототипе).

Сравнивая (2) и (3), получим; r = 0,543R.

3то соотношение ограничивает энергию частиц при заданной геометрической конфигурации электромагнита ведущего

40 магнитного поля. Понижение, согласно предложению, собственно частоты резонатора с помощью диэлектрических цилиндров 5 и 6, автоматически увеличивает радиус релятивистской орбиты до величины, опре45 деляемой степенью частотной перестройки резонатора, связанной с величиной вводимого объема диэлектрика. При этом диэлектрические цилиндры 5 и 6 с диэлектрической . постоянной, большей единицы, должны

50 иметь такую форму, чтобы не препятствовать движению частиц в центральной области резонатора (вблизи источника), например, как показано на фиг.1, в виде палых цилиндров, а также образовывать

55 между собой зазор для создания условий движения пучка на релятивистской орбите и возможности вывода излучения из резонатора, Ограничение величины зазора h значением: меньше четверти длины волны обусловлено необходимостью сохранить

1435133 напряженность ускоряющего ВЧ-поля в медианной плоскости резонатора. близкой к ее величине, свойственной резонатору с зазором h = О. Увеличение зазора h выше ука занной границы приведен к уменьшени а 5 напряженности ускоряющего паля в зоне орбиты пучка, что скажется на уменьшении интенсивности пучка заряженных частиц и его энергии. Вакуумный зазор между диэлектрическими цилиндрами в объеме резо- 10 натора приводит к тому, что реактивная мощность высокой частоты сосредотачивается локализаванно в каждой иэ этих полостей с диэлектрическими вставками, чта при больших перестройках резонансной часто- 15 той с большим объемом диэлектрических вставок, имеющих большую диэлектрическую постоянную, приводит к нарушению электрической связи между полостям резонатора. Это, в сваю очередь, приводит к 20 вырождению необходимого кода колебаний

Нщ. Для устранения этого явления необходимо образовать связь между полостями по другому компоненту стоячей волны — маг нитную связь. Эта осуществляется с по- 25 мощью петель связи 7 и В, и линией 9, Положение петель и длина линии должны быть такими, чтобы удовлетворялось условие пративофазнасти магнитного потока у . торцов резонатора. Для зтага петли связи 7 30 и 8 введены в абьем резонатора в пративоных диэлектрических цилиндра и две дополнительные петли связи, при этом диэлектрические цилиндры расположены внутри объемнага резонатора по одному в каждом из стаканов соасно с ними и между тарцамидиэлектрических цилиндров со стороны медианной плоскости резонатора имеется зазор, длина которого вдоль оси симметрии резонатора меньше четверти длины волны резонансной частоты резонатора, а две дополнительные петли связи расположены са стороны противоположных медиан ной плоскости торцов диэлектрических цилиндров и электрически соединены между собой длинной линией, длина которой кратна половине длины волны резонансной частоты резонатора.

Формула изобретения

Циклический ускоритель заряженных 35 частиц, садер>кащий электромагнит ведущега магнитного поля, внутри которого кааксиально с ним помещен объемный резонатор электромагнитной волны типа Нш, выполненный в виде двух цилиндрических стака-40 нов с общей осью, медианная плоскость которого совмещена с медианной плоскостью электромагнита ведущего магнитного поля и который связан петлей связи с источником ВЧ мощности, отличающийся 45 тем, чта, с целью повышения энергии заряженных частиц путем увеличения радиуса релятивистской орбиты частиц за счет пони>кения собственной частоты резонатора при неизменных ега геаметаических размерах,50 в объем резонатора введены два идентичпалажных его TQI)43x, а длина линии кратна половине длины волны резонансной частоты резонатора. На фиг.2 показана эпюра индукции В магнитного поля вдоль оси резонатора и напряженносгь E электрического и ал я едал ь радиуса езонвтора.

Пунктиром показаны те же эпюры для В и Е для резонатора в отсутствии диэлектрика.

Как видно иэ рассмотрения эпюр, присутствие диэлектрика приводит к перераспределению напряженности электрического поля по радиусу. При этом она возрастает в центральной области к уменьшается на периферии. Таксе перераспределение способствует повышению захвата частиц в ускорение, Таким образом. в описанном ускорителе за счет обеспечения возможности ускорения частиц на увеличенном радиусе орбиты па сравнению с прототипом почти з

2 раза повышается энергия заряженных частиц. (56) Коломенский А,А. Физические основы методов ускорения заряженных частиц. M., издательство МГУ, 1980, с,199.

Панасюк В.С., Соколов А.А., Степанов

Б.М, Способ циклического ускорения заряженных частиц, Авторское свидетельство СССР

hh 344802, кл. Н 05 Н 13/00, 1970, 1435133

Состааитель В.Краснопольский

Техред M.Ìîðãåí Tàë Корректор А, Козориз

Редактор M.Ëåíèíà

Заказ 3185

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москаа, Ж-35. Раушская на6„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина. 101