Способ ускорения заряженных частиц в циклическом ускорителе

 

Союз Советских

Социалистических Республик

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ 11,328833 (Sт. Дополнительное к авт. санд-ву—

t (22) Заявлено 12. 10.70 (2t ) 1483460i26-25

I с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано15.08.81. Бюллетень № З0

Дата опубликования описания 18.08 81. (5f)M. Кд.

Н ОБ Н ii/00

Н 05 Н 13/OG Ьоударатмнпнй квинтет

СССР во долам изобретений н открытий (53) УДК

384 6(088 8) (72) Авторы изобретения

В. С. Панасюк, А. А. Соколов и Б. М. (7t) Заявитель (Ы) СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

В ЦИКЛИЧЕСКОМ УСКОРИТЕЛЕ

Изобретение относится к области ускорения заряженных частиц.

Известно,что амплитуда поперечных колебаний частиц, ускоряющихся в циклическом ускорителе, изменяется пропорционально Я "-,,где Н вЂ” величина магф 3 нитного поля на орбите. При неизменной конфигурации магнитного поля это приводит к тому, что линейно с ростом величины магнитного поля на орбите Н уменьшается отношение объема пучка частиц

19 к объему магнитного поля в ускорителе.

Для ускорения используется все меньшая часть нарастающего магнитного поли, эффективность ускорителя понижается. т5

Одним из возможных способов повышения эффективности циклических ускорителей является каскадное ускорение, при котором используется последовательно несколько кольцевых магнитов, причем апертура каждого следующего магнита уменьшается пропорционально уменьшению поперечных размеров ускоряемого пучка.

B слабофиксирующих магнитных систьмах технически легко осуществим и другой способ — изменение конфигурации магнитного поля таким образом, чтобы величина ноля нарастала в основном толь ко непосредственно в области, занятой пучком. Благодаря этому обеспечивается как бы подвижность апертуры, магнитное поле уменьшает свой объем вместе с ускоряющимся пучком. Это удобнее всего осуп ествить в безжелезиой магнитной системе пу ем последовательного включения соответствующих обмоток с током.

Особенно эффективно использование увеличенной апертуры при инжекции, когда маг нитное поле мало и создание больших объемов полей необходимой конфигурации. с энергетической точки зрения не представляет затруднений. Интенсивность же ускоренного пучка при прочих равных условиях возрастает квадратично с увеличением апертуры.

Известен способ инжекции в циклических ускорителях, при котором магнит ус32S833

50 корителя в период ин>кекции имеет резко увеличенную рвдиальнук> апертуру. Инжектируемые частицы,. двигаясь по спирали, занима от весь магнит в радиальном направлении и зато:, ;"ско; я;отся вихревым электрическим полем, .c> llãllâàllñü к некоторой равновесной орбите, Д,альнейшее ускорение можно при этом о с уществлять в магнитном поле, нарастающем х Олько в области„затянутой пучком. Очевидно„ что для накопления инжектируемых час>тип может бгять использована также резко увеличенная на время инжекции вер-!

:тикальная. апертура, что и является сущиОстыо предпагаемОГО спОсОба инжекции.

Увеличенная вертикальная апертура наи6oJIeQ целесообразна B без/ке/пезных маг-нитных системах,,где достаточно просто формируется магнитное поле соответству ощей конфигурации.

На черте>ке. показача последователь— ность операций при осуществлении предлагаемого способа инжекции.

В момент времени с =t„ â некоторой области возбуждают аксиально -- симмет— ричное вспомогательное магнитное поле H.

Ось симметрии этого попя является осью симметрии и основногс магнитного поля

/ усков ;тепя,.на -;ертеже не показано). Ак1 ,сиальная сос авляющая H поля Н нарастает по Оси, в Обе стороны от некоторой точки, лежащей на;:сн, достигает максимума и зате.: падает до О при даль-. нейшем увеличении мод;>ля 2, Соответствуюцгая КОнфигурацыя силовых линий J. вспомогательного магнитного поля и график 2, ипп,острир>;Ощн изменение аксиальной составляющей H — вспомогательного магнитного поля вдоль оси .7/

/ н2 =-" приведены на чертеже ", момент

/2 = ). Созданное таким образом магнитное поле совпадает с полем обычной адиабатической ловушки с магнитными пробками или зеркалами. В качестве магнитных зеркал, отражающих .вращающиеся в магнитном поле заряженные частицы, служат области с увеличенным значением. (В момент 6 = -ьg B созданное ранее магнитное поле инжектируют ускоряемые частицы так, что они целиком заполняют область 3 между магнитными зеркалами.

Для этой цели может быть использован либо внешний инжектор, либо инжекция типа циклотронной.

Чтобы уменыпить размеры области 3, занятой частицами, сохраняя их количеств во, необходимо увеличить энергию частиц.

Возрастающая при увеличении плотности пучка «улоновская сила расталкивания должна быть компенсирована эффектом магнитного сжатия частиц в пучке. Поэтому по окончании инжекции частиц начинают проводить предварительное ускорение с одновременным уменьшением расстояния между магнитными зеркалами. Предварительное ускорение можно осуществлять как бетатронным способом, так и с помощью высокочастотного электрического поля, но в обоих случаях ведущее магнитное поле на орбите должно возрастать, чтобы удерживать пучок в пределах радиальной апертуры ускорителя.

l5 Расстояние между магнитными зеркалами уменьшают по мер ускорения частиц. Наиболее очевидным критерием степе. ни сближения магнитных зеркал является удержание частот поперечных колебаний вдали от опасных резонансов, в противном случае часть пучка может потерятьс i. Необходимая " жесткость магнитной системы, определяюша> (с учетом собственных полей пучка) частоты бетатронных колебаний, может в широких пределах меняться как за счет изменения расстояния между зеркалами, так и за счет изменения "пробочиого отношения", т.е. отношения поля в области магнитного зеркала к полю в плоскости 4.

В момент = предварительное ускорение и сжатие пучка окончены. Частицы находятся в медианной плоскости4 основного кольцевого магнита ускорителя (не показан на чертеже), размеры пучка

35 соответствуют апертуре этого магнита, а энергия пучка — величине поля в нем.

Таким образом, этап инжекции закончен.

Дальнейшее ускорение можно осуществлять любым способом с помощью любой магнит

40 ной системы.

Предлагаемый способ ускорения с накоплением частиц по вертикали позволяет естественным образом использовать особенности безжелезных магнитных систем, в которых технически проще увеличивать не радиальную, а вертикальную апертуру. Этот способ повышает эфректив ность циклического ускорителя, так как значительно увеличивает интенсивность ускорителя без существенного увеличения энергетических затрат на создание ведущего магнитного поля.

Формула изобретения

Способ ускорения заряженных частиц в цикпическом ускорителе, заключающийся в том, что в основное магнитное поле инжектируют заряженные частицы, а затем их ускоряют в бетатронном или высокочастотном режиме, о ъ л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения интенсивности ускорителя, в нем возбуждают вспомогательное аксиально- иммет ричное магнитное поле, аналогичное полю адиабатнческой ловушки с двумя под328833 d вижными магнитными зеркалами, ocb которого сОвпадает с Осью Основного миГ нитного поля, после чего в область вспомогательного поля инжектируют заряженные чатицы, а в процессе ускорения увеличивают напряженность вспомогательного поля и, изменяя его конфигурацию, смещаюв мнгннтньre зеркала к средней плоскости основного магнитного поля.

328833

Ф }

II

М

II М

ВНИИПИ Заказ 8529/40 Тираж 892 Подписное

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4