Ускоряющая структура для линейного резонансного ускорителя ионов с сеточной фокусировкой

 

Использование: в ускорителях заряженных частиц, в частности в линейном резонансном ускорителе с сетчатой фокусировкой. Сущность изобретения: период фокусировки имеет два зазора со знакопеременными фазами, фазирующий и фокусирующий, и для уменьшения действия дефокусирующих сил на фазирующем зазоре устанавливается дополнительная сетка, что позволяет увеличить область продольного и поперечного захвата в режиме ускорения и, как следствие, ведет к увеличению тока заряженных частиц. 1 ил.

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц и может быть использовано для создания ускорителей ионов прикладного назначения и для реконструкции действующих ускорителей в народном хозяйстве.

Известны линейные резонансные ускорители ионов, в которых для обеспечения устойчивости движения заряженных частиц используются ускоряющие структуры с фазопеременной фокусировкой, ВЧ квадрупольной и сеточной [1] Прототипом изобретения является ускоряющая структура для линейного резонансного ускорителя ионов с сеточной фокусировкой, содержащая ВЧ-резонатор с трубками дрейфа, на входных торцах которых закреплены сетки. Недостатком такого ускорителя является малая интенсивность тока ускоренных частиц, не превышающая долей миллиампера. Это связано с тем, что область совместной продольной и поперечной устойчивости в ускорителях данного типа не превышает 60-80^о.

Целью изобретения является увеличение тока ускоренных частиц за счет увеличения продольной и поперечной устойчивости.

Указанная цель достигается тем, что на периоде фокусировки расположены две трубки дрейфа, отличающиеся по длине, а сетки установлены на выходных торцах нечетных трубок, причем расстояние между центрами n-го и (n+1)-го зазоров меняется по закoну: L_n= 1+(-1)ⁿ· , где ϕ_s1 ϕ_s2 фазы пролета синхронной частицей центров первого и второго зазоров, рад ϕ_s1,ϕ_s2=ϕ_o±ϕ₁ β , V скорость синхронной частицы, с скорость света.

Таким образом, период фокусировки имеет два зазора со знакопеременными фазами, фазирующий и фокусирующий, и для уменьшения действия дефокусирующих сил на фазирующем зазоре устанавливается дополнительная сетка. Так как признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа не выявлены и в других решениях, авторы делают вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

На чертеже схематически изображена часть ускоряюще-фокусирующего канала, где L период фокусировки.

Ускоряющая структура содержит ВЧ-резонатор с трубкой дрейфа 1, которые с помощью держателей 2 закреплены на стенках резонатора 3. Сетки 4 установлены на входных торцах всех трубок дрейфа и на выходных торцах нечетных трубок дрейфа.

Ускоряющая структура работает следующим образом. При возбуждении ВЧ-полей в резонаторе 3 за счет выбора закона изменения расстояния между центрами соседних зазоров L_n= 1+(-1)ⁿ· , где ϕ_s1 ϕ_s2 фазы пролета синхронной частицей центров первого и второго зазоров, ϕ_s1,ϕ_s2=ϕ_o±ϕ₁ ϕ_o и ϕ₁ постоянная и переменная составляющие синхронной фазы; β , V скорость синхронной частицы, с скорость света, обеспечивается существенное увеличение жесткости фазовых колебаний, что приводит к значительному (примерно в два раза) увеличению по сравнению с ускорителями с сеточной фокусировкой области продольного захвата. В то же время установка дополнительных сеток на входе в фазирующий зазор (ϕ_s1<0) приводит к тому, что эти зазоры перестают оказывать дефокусирующее воздействие. В результате возрастает жесткость поперечных колебаний.

Расчеты показывают, что при такой модификации сеточной фокусировки области продольной и поперечной устойчивости оказываются в несколько раз больше, чем в ускорителе с сеточной фокусировкой.

Формула изобретения

УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ ЛИНЕЙНОГО РЕЗОНАНСНОГО УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ С СЕТОЧНОЙ ФОКУСИРОВКОЙ, содержащая ВЧ-резонатор с трубками дрейфа, на входных торцах которых закреплены сетки, отличающаяся тем, что сетки также установлены на выходных торцах нечетных трубок, причем расстояние L между центрами n-го и (n + 1)-го зазоров меняется по закону:
где фазы пролета синхронной частицей центров первого и второго зазоров, рад;

где ϕ₀ постоянная составляющая синхронной фазы, рад;
ϕ₁ переменная составляющая синхронной фазы, рад;
λ длина волны, см;

v_n скорость синхронной частицы в центре n-го зазора, м/с;
c скорость света, м/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1