Способ динамического согласования пространственно- однородного сгруппированного пучка заряженных частиц с фазовой протяженностью линии 180 @

 

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - уменьшение потерь тока пучка. Сущность изобретения заключается в том, что для динамического согласования пространственно-однородного сгруппированного пучка с фазовой протяженностью менее 180° при воздействии на него высокочастотным электрическим квадрупольным полем с постоянным градиентом разность фаз между колебаниями высокочастотного квадрупольного поля и согласованной огибающей пучка на входе в область взаимодействия устанаьливают согласно выражению АДС|ь rj -2ft ftfi, где ДС|) - искомая разность фаз, град;; f - частота ВЧ квадрупольного поля, Гц; to - время воздействия этого поля на частицы сгустка , с. При этом время воздействия поля частицы целесообразно делать меньше полупериода колебаний этого поля. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ COBETCHNX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 05 Н 9 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И QTHPblTHAM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4426514/21 (22) 20. 05. 88 (46) 15. 09. 91. Бюл. У 34

„(72) И.А.Воробьев и А.А,Коломиец (53) 621,384.6(088.8) (56) Балабин А.И, и др. Численное исследование согласования пучка с пространственным однородным квадрупольным каналом. Препринт ИТЭФ - 28, 1984.

Дерновой Г.H. и Мальцев А,П. Вы сокочастотное согласование пучка на входе линейного ускорителя ионов с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой. Препринт ИФВЭ

У 80-48, 1980. (54) СПОСОЬ ДИНАМИЧЕСКОГО СОГЛАСОВА-

НИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ОДНОРОДНОГО СГРУП ПИРОВАННОГО ПУЧКА 3AP5I)lKHHbEX ЧАСТИЦ

С ФАЗОВОЙ ПРОТЯ)БННОСТЬЮ ЛИНИИ 180 (57) Изобретение относится к ускорительной технике. Цель иэобретения—

Изобретение относится к ускорительной технике, преимущественно к линейным ускорителям с пространственно«однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ).

Цель изобретения — уменьшение потерь тока пучка и сохранение квадрупольной симметрии пучка,на всех стадиях процесса согласования без существенного изменения средних значений параметров поперечных эмиттансов пучка.

На фиг. 1 "а" и "б" приведены поперечные эмиттансы на фазовых плоско„„80„„1565336 А 1

2 уменьшение потерь тока пучка. Сущность изобретения заключается в том, что для динамического согласования пространственно-однородного сгруппированного пучка с фазовой протяженноо стью менее 180 при воздействии на него высокочастотным электрическим квадрупольным полем с постоянным градиентом разность фаэ между колебаниями высокочастотного квадрупольного поля и согласованной огибающей пучка на входе в область взаимодействия устанавливают согласно выражению с

АЫ= —, -? н t где Q(f — искомая раз1 2 ность фаз, град; f — частота ВЧ квадрупольного поля, Гц; t> — время воздействия этого поля на частицы сгустка, с. При этом время воздействия поля частицы целесообразно делать меньше полупериода колебаний этого поля. 1 э.п. ф-лы, 2 ил.

dv Cr4 стях —, х и вЂ, у (эллипсы 1-3)

Ж

Йг, Йз соответственно; на фиг. 2 — схема устройства для осуществления данного способа.

Устройство содержит отдельный резонатор 4 с отрезком четырехпроводной линии длиной 0,2, пристыкован- . «Ф» ного вплотную к начальной части 5 линейного ускорителя протонов. Резонатор 4 питается от генератора 6 через фаэовращатель 7, создающий необходимый сдвиг фазы колебаний в резонаторе 4.

1565336

Когда структура начальной части 5 линейного ускорителя с ПОКФ оканчивается таким образам, что в тот момент времени, когда центр сгустка частиц проходит через поперечное сечение, совпадающее с концом структуры с ПОКФ, напряженность факусирующега поля в ней максимальна, В этот момент времени частицы пучка, находящие-1п ся в этом сечении, занимают на поперечной фазовой плоскости положение кроссавера (эллипсы 1 на Фиг, i). Частицы сгруппированного пучка, выходящие из структуры с ПОКФ раньше этого 15 момента времени, оказываются в разной степени недофокусированными в факусирующей плоскости и соответственно перефокусированными в дефокусирующей плоскости (эллипсы 2 на фиг. 1), причем степень этой недофокусировки (соответственно перефокусировки) тем выше, чем раньше по сравнению с центральными частицами они покинули структуру с ПОКФ. Для частиц, прохоця-25 щих .это сечение позже указанного момента времени, наблюдается аналогичный эффект (эллипсы 3 фиг. 1). При этом пучок в целом обладает квадрупальной симметрией. 30

В данном способе на сгруппирован— ный пучок с завиеящими от времени параметрами проекций Фазового объема на поперечные фазовые плоскости (фиг. 1) в отдельном резонаторе 4 (фиг. 2) воздействуют ВЧ электрическим квадрупольным полем таким образом, что это поле за время взаимодействия дополнительно фокусирует недофоку. 4G сированные и дефокусирует перефокуси= рованные частицы сгустка, причем сте= пень такой коррекции тем выше, чем больше разница по времени прохажденчя конца структуры с ПОКФ между корректируемыми частицами и центральными частицами сгустка. При этом эллипсы

2 и 3 (Фиг. 1) перемещаются по направлению к эллипсу 1. Если время фокусирующего и дефокусирующего ваздейст5О вия согласующего ВЧ электрического квадрупольного поля на сгусток заряженных частиц в данной фазовай плоскости одинаково и градиент этого пав ля постоянный, то за время воздействия эллипс 1 (фиг. 1) н среднем не 55 изменит своего первоначального положения. Переходя ат временных соотношений к фазовым на частоте сагласукщего поля, условие коррекции можно записать в ниде Формулы

ЬС = — -27ft

2 g & где $(f — разность фаз между колебаниями ВЧ электрического квадрупального поля и колебаниями согласованной огибающей на входе в область взаимодействия, рад; — частота колебаний этого поля, Гц: и — время воздействия этого по5 ля ча сгусток заряженных частиц, с.

Градиент согласующего ВЧ электрического квадрупальнога поля определяется глубиной модуляции огибающей и частотой этого поля. При равенстве частот колебаний огибающей и согласующего ВЧ электрического квадрупольного ноля этьт градиент равен градиенту ВЧ электрического квадрупольнаго поля, формирующего пространственнооднородный пучок. При этом время воз-. действия согласующего ВЧ поля иа пучок с =(,/2 ifT, где($ „ фазовая ширина сгустка в масштабе частоты поля, Т вЂ” период колебаний согласующего

ВЧ электрического квадрупольного поля.

При t> ) N/2 параметры пучка снова становятся зависимыми ат времени и положительный эффект исчезает., этого эффекта не удается также достичь, если фазовая ширина сгустка превышает

18Î в масштабе ВЧ поля, формирующего

6 пространственна-однородный пучок. Поскольку частота колебанчй согласован ной огибающей определяется внешними полями и <="е зависит а" величины фазовой плотности, та предлагаеж м способом принципиально возможно получить динамическое согласование в широком диапазоне токов пучка. При малых значениях токов качество согласования некритична и зависит от соотношения между временем воздействия и градиентом высокочастотного электрического квадрупальнага поля„ при больших токах эта зависимость становится более критичной. Оптимальное соотношение устанавливается рядом уточняющих расчетов. Иаличие кроссавера для центра сгустка не является обязательным для получения динамического согласования, на является желательньв4„ так как по2. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что время воздействия ВЧ электрического квадрупольного поля устанавливают меньшим полупериода колебаний этого поля. t56533 зволяет получить более высокое качество согласования при меньшем времени воздействия. В этом случае основной вклад в рассогласование вносит разброс в наклонах огибающей, а не разброс в значениях огибающей, Воздействие согласующего поля при этом сводится к изменению наклона огибаю.щей за короткий промежуток времени, 10 когда значения самой огибающей меняются слабо.

За критерий качества принят коэффициент увеличения эииттенсе (, ревный отношению площади фигуры, образованной совокупностью эллипсов на фазовой плоскости, к площади элементарного эллипса. В проведенных расчетах площадь фигуры вычислялась по 11 эллипсам при фазовой ширине сгустка

70, соответствующей синхронной фао зе — 35, что является типичным для ускорителей с ПОКФ, Параметры эллипсов определялись из согласованных решений для уравнений огибающих пучка, исходя из условия, что центр сгустка занимает положение кроссовера. По результатам расчетов наилучший положительный эффект в широком диапазоне токов пучка имеет место при времени 30 воздействия 0,2 Т и градиенте согласующего ВЧ-электрического поля, равном 0,8 от градиента ВЧ поля в структуре с ПОФК, формирующей пучок, при такой же частоте колебаний согласуюmего поля.

Формула изобретения

1. Способ динамического согласования пространственно-однородного сгруппированного пучка заряженных частиц с фазовой протяженностью линии 180, заключающийся в том, что на пучок заряженных частиц воздействуют высокочастотным электрическим квадрупольным полем с постоянным градиентом, ось симетрии которого совпадает с траекторией движения сгустка частиц, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь тока пучка, разность фаэ между колебаниями высокочастотного электрического квадрупольного поля и согласованной огибающей лучей на входе в область взаимодействия устанавливают согласно выражению (!

Щ = — -2Фf t

2 S где Ь(— исковая разность фаз, рад; — частота высокочастотного электрического квадрупольно" го поля, Гц; — время воздействия этого по9 ля на частицы сгустка, с.

1565336

Составитель E.Громов

Техред A.Kðàâ÷óê, Редактор А.Хмелинина

Корректор С.Шекмар1

Заказ 3726 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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