Способ вывода заряженных частиц из сильнофокусирующей кольцевой магнитной системы

 

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к способам вывода частиц из кольцевых магнитных систем ускорителей или накопителей заряженных частиц. Цель изобретения - уменьшение радиального эмиттанса выводимого пучка достигается путем устранения энергетической дисперсии, порождаемой взаимодействием частиц с мишенью. Пучок частиц, циркулирующий в кольце, наводится медленно на мишень 3 с помощью бамп-магнитов 4, установленных относительно мишени в софокусных точках. Частицы, потерявшие в мишени часть кинетической энергии, продолжают движении по кольцу и попадают в основной септум-магнит 5, который находится от мишени на расстоянии, равном половине периода радиальных бетатронных колебаний. При этом величина дисперсионной функции на азимуте септума-магнита 5 равна нулю. Предлагаемый способ позволяет реализовать медленный вывод частиц из кольцевой структуры с малым значением поперечного фазового обмена. На чертеже также показаны поворотный магнит 1, квадрупольные линзы 2, направления 6 и 7 отклонения пучка, дополнительный септум-магнит 8, направление 9 за пределы кольцевой структуры, дополнительные бамп-магниты 10. 1 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности, к способам вывода частиц из кольцевых магнитных систем ускорителей или накопителей заряженных частиц. Целью изобретения является уменьшение радиального эмиттанса выводимого пучка путем устранения энергетической дисперсии, порождаемой взаимодействием частиц с мишенью. Существо изобретения удобно проиллюстрировать на примере работы устройства, приведенного на чертеже. Устройство содержит поворотные магниты 1 кольцевой структуры, квадрупольные линзы 2, обеспечивающие устойчивое движение циркулирующего пучка, мишень 3 для вывода пучка, которая устанавливается на участке, где дисперсия ϕ₁ максимальна, бамп-магниты 4, обеспечивающие медленное наведение циркулирующего пучка на мишень установленные в софокусных точках относительно мишени, основной септум-магнит 5, установленный на участке, где дисперсия ϕ₂= 0, набег фазы радиальных бетатронных колебаний от мишени до септума равен π направление 6 отклонения выводимого пучка за пределы кольцевой структуры внутрь кольца септум-магнитом 5, направление 7 отклонения выводимого пучка септум-магнитом 5 вне кольца, дополнительный септум-магнит 8, отклоняющий выводимый пучок за пределы вакуумной камеры, направление 9 вывода пучка за пределы кольцевой структуры, дополнительные бамп-магниты 10, поддерживающие постоянными координаты центра тяжести выводимого пучка на азимуте дополнительного септум-магнита 8. Реализация данного способа осуществляется следующим образом. Пучок частиц, циркулирующих в кольце, наводится медленно на мишень 3 с помощью бамп-магнитов 4, установленных относительно мишени в софокусных точках. Частицы, прошедшие через мишень, теряют различное значение энергии, спектр относительных импульсных потерь при этом равен < < где среднее относительное уменьшение импульса при однократном прохождении через мишень частиц. Частицы, потерявшие в мишени часть кинетической энергии, продолжают движение по кольцу и попадают в основной септум-магнит 5. Септум-магнит 5 находится на расстоянии от мишени, равном половине периода радиальных бетатронных колебаний. Величина дисперсионной функции на азимуте септум-магнита 5 равна нулю. Известно, что величина радиального эмиттанса выводимого пучка, например, по направлению 6 зависит от спектра относительных импульсных потерь и равна ε_{x выв}= 2 +a где ' угловой разброс частиц, связанный с упругим рассеянием частиц при прохождении мишени, мрад, а₂ огибающая моноэнергетического пучка на азимуте септум-магнита 5, см. Согласно данному способу выводимый пучок отклоняется септум-магнитом 5 по направлению 7, но так, что продолжает движение внутри вакуумной кольцевой камеры. Выход за пределы кольца осуществляется дополнительным септум-магнитом 8. Отклонение выводимого пучка септум-магнитом 5 выбирают так, чтобы на азимуте вывода циркулирующий и выводимый пучки в радиальной плоскости были разделены на установки септум-магнита 8. Так как септум-магнит 8 находится по ходу движения пучка дальне септум-магнита 5, то набег фаз радиальных бетатронных колебаний от мишени 3 до септум-магнита 8 больше половины периода радиальных колебаний. Септум-магнит 8 размещается на том азимуте, где частицы, прошедшие через мишень, не имеют линейной и угловой дисперсии. Линейная и угловая дисперсия для этих частиц отсутствуют тогда, когда участок кольцевой структуры от мишени 3 до септум-магнита 8 ахроматичен. На выходе ахроматичных систем линейный и угловой размеры пучка не зависят от разброса частиц по импульса, следовательно, не зависят и от спектра относительных импульсных потерь частиц в мишени. Мгновенный радиальный эмиттанс частиц, прошедших через мишень и потерявших часть кинетической энергии, на азимуте септума магнита 8 равен ε_{x выв}= 2 где амплитуда заброса частиц на мишень, см; ' угловой разброс, связанный с упругим рассеянием частиц на веществе мишени, мрад. В различные моменты времени положение мишени 3 относительно оси циркулирующего пучка изменяется (циркулирующий пучок наводится на мишень). Следовательно, угловая и линейная координаты центра тяжести выводимого пучка на азимуте септум-магнита 8 изменяется во времени. Устранить этот эффект можно с помощью импульсных дипольных магнитов. Для устройства, показанного на чертеже, компенсация перемещения центра тяжести выводимого пучка осуществляется с помощью двух бамп-магнитов 10, установленных в софокусных точках относительно септум-магнита 8. В данном случае используется симметрия кольцевой структуры, и закон изменения поля в бамп-магнитах 10 аналогичен закону изменения поля в бамп-магнитах 4, осуществляющих наведение циркулирующего пучка на мишень. Первый по ходу движения пучка бамп-магнит 10 воздействует одновременно на выводимый и циркулирующий пучки. Чтобы скомпенсировать его влияние на циркулирующий пучок включен второй по ходу движения частиц бамп-магнит 10. Таким образом, движение циркулирующего пучка не нарушается, а имеет место локальное искажение равновесной орбиты. Для уменьшения вертикального эмиттанса выведенного пучка мишень изготавливают в виде "зуба" с высотой по вертикали 4 мм. На мишень в вертикальной плоскости попадают частицы, которые имеют линейную координату в пределах ± 2 мм. Остальные частицы проскакивают и продолжают дальнейшее движение в кольце до тех пор, пока не попадут на мишень. За счет этого происходит уменьшение вертикального эмиттанса выводимого пучка (ε_zвыв=2 см мрад). Таким образом, предлагаемый способ позволяет реализовать медленный вывод частиц из кольцевой структуры с малым значением поперечного фазового объема.

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫВОДА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ СИЛЬНОФОКУСИРУЮЩЕЙ КОЛЬЦЕВОЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ по авт.св. N 1207386, отличающийся тем, что, с целью уменьшения радиального эмиттанса выводимого пучка путем устранения энергетической дисперсии, вывод пучка за пределы вакуумной камеры осуществляют магнитным полем от дополнительного септум-магнита на азимуте, находящемся на расстоянии от мишени, больше половины периода радиальных бетатронных колебаний там, где пучок не имеет линейной и угловой дисперсии, поддерживают линейную и угловую координаты центра тяжести выводимого пучка на азимуте вывода постоянными путем воздействия на выводимый пучок в процессе вывода дополнительными дипольными магнитными полями, при этом амплитуду напряженности магнитного поля основного септум-магнита выбирают из условий обеспечения разделения на азимуте вывода циркулирующего и выводимого пучков на расстояние, достаточное для установки второго септум-магнита.

РИСУНКИ

Рисунок 1