Ускоряющая система

 

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к технике высокочастотных ускорителей заряженных частиц, и может быть использовано при создании С1 ьноточных ускорителей , работающих в режиме ускорения за счет запасенной в.ускоркюшей системе энергии. Целью изобретения является повьшгение максимального тока и уменьшение энергетического разброса пучка. Ускоряющая система содержит тороидальные ускоряюпите резонаторы I и резонатор 2 связи с отверстием 3 в которое впеден проводник 4 связи, узел 5 для ввода высокочастотной мощности . В описании изобретения приводится нримЕф конкретной реализации ускоряющем системы ускорителя злект- Ронов, работающего в режиме запасенной энергии. 2 ил.. 00

СООЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае 111 (51) 5 H 05 Н 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 15,05.91 ° bran. 1 - 18 (21) 4394963/21

1 (22) 22.03, 88 (72) А.А.Завадцев и В ° M.Ïèðoæåíêo (53) 621.384.6(088.8) (56) Под ред.Б.П.Мурина Линейные ускорители, т.2, Основные системы.

М.: Атомиздат, 1978, с.320.

Акимов В.Е и др. Состоялние работ по созданию разрезного микротрона в

ИЯФ СО АН СССР. Труды Десятого Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, Дубна, 1986, т.2, с. 113.

Sundelin R.M., Kirchpessner J.L

Tigner М, Para1lel Coupled Cavity

Structure- IEEE Trans. on. N«cl. Sci, Vol. Р 5-24, II 3, 1977, р.1686-1:688. (54) УСКОРЯЮЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к ускориИзобретение относится к ускорительной технике, а именно к технике высокочастотных ускорителей заряженных частиц, и может быть использовано при" создании сильноточных ускорителей, работающих н режиме-ускорения за счет запасенной в .ускоряющей системе энергии.

Цель изобретения — повышение максимального тока и уменьшения энергетического разброса лучка.

На фиг.l изображена конструктивная схема ускоряющей системы; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Ускоряющая система содержит электродинамически связанные генератор нысокочастотной мощности, тороидальтельной технике в частности к технике высокочастотных ускорителей заряженных частиц, и может быть использовано при создании сильноточных ускорителей, работающих в режиме ускорения за счет запасенной н ускоряющей сигтеме энергии. Целью изобретения является повышение максимального тока и уменьшение энергетического разброса пучка. Ускоряющая система содержит торондальные ускоряющие резонаторы I и резонатор 2 связи с отверстием 3, в которое ннедеп пронодник 4 связи, узел 5 для анода высокочастотной мощности. В описании изобретения приводится пример конкретной реализации ускоряющей системы ускорителя элект-. ронов, работающего в режиме запасенной энергnrt. 2 ил. ные ускоряющие резонаторы 1 и резона" тор.2 связи. В общей боковой стенке каждого тороидального резонатора 1 и резонатора 2 связи выполнено сквозное отверстие 3. В каждое сквозное отверстие 3 ннеден проводник к связи. Один конец проводника 4 присоединен к внутренней поверхностирезонатора 1 в точке, расположенной в плоскости, проходящей черезось резонатора 1 и центр отверстия 3.Другой конецпроводника 4 присоединен квнутренней поверхности резонатора 2 н точке, расположенrroH в плоскости,проходящей через центр отверстия Зперпендикулярно оси резонатора 1. Резонатор 2 выполнен в виде цилиндрического резонатора с перемен1М5З18 ным по длине диаметром. диаметр Р,м, резонатора 2 определяется из соотношения

Р . (P j fP ()-f)-fft где 4), 3,832 " первый корень произ.— водной функци1и Бес" селя нулевого поряд10

Я - длина волны, м, п,2 ° 3,4,;-.,,p - относительная скорость заряженных частиц в данной точке ускоряющей систе-15

ИЫ, Иэ фиг.l и 2 также изображен узел 5 ввода высокочастотной мощности, Е НН— электрический и магнитный компоненты высокочастотного поля в резонаторах.

Ускоряющая система работает следующим образом.

Включают генератор высокочастотной мощности. При этом высокочастотная мощность через узел 5 поступает в ре35 зонаторы, в которых возбуждаются высокочастотные колебания. Для эффективного ускорения заряженных частиц расстояние между центрами ускоряющих резонаторов 1 составпяет рД /2. Рабо- З0 чнй вид колебаний. в 1 езонаторе 2 связи Н,, который характеризуется, во-первых, большим значением добротности и, вовторых, большой электрической прочностью, так как силовые 35 линии электрического поля замкнуты.

Сннхронизм ускорения с требуемым зако- ., ном нарастания достигается варьированием числа ускоряющих резонаторов приходящихся на одну вариацию поля в @ резонаторе 2 связи, и формь1 проводника 4. Изменением точки присоединения проводника 4 к внутренней поверхности резонатора 2 связи можно добиться нзменения фазы колебаний в ускоряющем резонаторе l на 180 . Длина 1 одной продольной вариации поля в цилнндрической резонаторе на виде колебаний И, определяется из условия

Г 2Мм и . ((1-(1й

Ь 2>("- ) + (" — ) Р

Если на отрезок длины,2. резонатора 2 связи приходится и ускоряющих резонаторов l, то 1 и рЛ/2, и диаметр ревоивторв с связи определяется при= сс веденным выше соотношением. В ускорителях тяжелых заряженных частиц с ,иедленным нарастанием Q по длине ускоряющей системы изменение Р может происходить скачкообразно иа каждой продольной вариации поля Н либо

OfP ° плавно В ускорителях электронов быстро нарастает, а изменение В может сопровождаться изменением и (см.фиг.1). Рассматриваемое устройство по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества. Цилиндрический резонатор связи с видом колебаний

Н имеет большие, чем в коаксиальном резонаторе прототипа, значения добротности, электрической прочности, объема и, следовательно, большее значение запасенной энергии. Это позволя" ет увеличить максимальный ток ускоряемого пучка и уменьшить энергетический разброс ускоренных частиц в режиме ускорения за счет запасенной энергии. Кроме того, изменение диаметра резонатора связи и числа ускоряющих резонаторов, приходящихся на одну ва" риацию поля, з резонаторе связи по длине ускоряюцей системы позволяет реализовать.любой эакон нарастания (З, в то время в прототипе /3 может быть равной только 1. Это расширяет воэможности применения ускоряющей системы.

Примером конкретной реализации может быть ускоряющая система ускорителя электронов, работающего в режиме запасенной энергии, изображенная на фиг.1,2 и содержащая три ускоряющих резонатора с р 0,42, 0,67 и Ор92 соответственно и остальные ускоряющие резонаторы с р 1. Выбрав и ие 2 для участка ускоряющей системы с и и 3 для участка с нарастающим (В р получают значения Р 1,408 Р и

1,406 Я для указанных участков соот" ветственно. Для расчета Р на участке с нарастающей относительно скоростью частиц по приведенной формуле под р понимается среднее значение в для: ускоряющих резонаторов указанного участка, т.е, / = 0,67. Расчеты показывают, что цилиндрический резонатор связи на частоте 200 МГц имеет диаметр 2,1 м, длину одной вариации поля 1„5 м и собственную добротность

l,92.10 . Коаксиальиый резонатор свяр зи прототипа с такими же габаритными размерами и диаметром внутреннего проводника 1,27 и, соответствующим максимальной запасенной энергии при неизмерной максимальной напряженности электрического поля на поверхности резонатора, т.е. при неизменной

Ускоряющая система, содержащая электродинамически связанные между собой генератор высокочастотной мощности, тороидальные ускоряющие резонаторы и резонатор связи, причем в боковой стенке каждого тороидального резонатора, общей с боковой стенкой резонатора связи выполнено сквозное отверстие, о т л н,ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения максималь" ного-тока и уменьшения энергетического разброса лучка, в каждое сквозное отверстие боковых стенок резонаЗО

159S3 электрической прочности резонатора, имеет добротность 0,4 10 <, т.е. в

4,8 раэ меньшую, чем в цилиндрическом резонаторе связи. Таким образом, при одинаковой, мощности потерь в 5 предлагаемом резонаторе связи запасается в 4,8 раз большая энергия, чем в прототипе, что соответствует увеличению максимального тока серии сгустков в 4,8 раэ при неизменном

10 энергетическом разбросе ускоренных частиц, либо к уменьшению энергетического разброса в 2,4 раз при неизменном токе пучка.

Формула и э о б р е т е н и я

18 d торов введен проводник связи, .один конец которого присоединен к внутренней поверхности тороидального резонатора в точке, расположенной s плоскости, проходящей через ось тороидальногь резонатора н центра отверстия, е другой - к внутренней поверхиости резонатора связи в точке, расположенной в плоскости, проходящей через центр отверстия перпендикулярно оси тороидального резонатора, при этом резонатор связи выполнен в виде цилинд" рического резонатора с переменным по длине диаметрои D, м, определяемым иэ соотношения ,.Л

sa

Р

В I"" реп 2 где 1„3,832 - первый корень про"

1 иэводной функции

Бесселя нулевого порядка;

il -,длина волны, м; и 2уЭу4р ° ° а

/3 — относительная ско рость заряженных частиц в данной точ ке, ускоряющей системы

l5953l8

Составитель A.Ñàìoøåíêîâ

Текред И.Ходанйч Корректор С.Шевкуи

Редактор Т.Швгова

° ВЮЮаВЮ

Закаэ 2446 Тираж 479 Подписное

ВНИИПИ ГосуДарственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035„ Москва, Ж-35, Рауяская наб., д. 4/5 аеаавваею ае а

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 10 1