Линейный ускоритель заряженных частиц

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 409401

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.10.71 (21) 1709697/26-25 (51) i . Кл Н 05 Н 9/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 05.04.76.Бюллетень Ме 13 (53) УДК 621-384 6 (088.8} (45} Дата опубликования описания 03.09.76 (72) Авторы изобретения

A. В. Рябцов, Д. Г. Борисов, A. И, Грызлов и В. M. Левин (71) Заявитель (54) ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано при проектировании линейных ускорителей — инжекторов для кольцевых ускорителей, 5

Известно, что при инжекции частиц в возрастающее магнитное поле целесообразно использовать линейные ускорители, на выходе которых могут быть получены пучки частиц с энергией, нарастающей в течение 1О импульса, Для этого используют специальную систему внутренней перестройки сгустков частиц по энергиям (дебанчер) совместно с монохроматизируюшим резонатором (волновод), в котором фаза высокочастот- и ного поля ыодулируется по определенному закону, что эквивалентно возбуждению на частоте, отличной от частоты основных ускоряющих секций, Построенный по такому принципу известный линейный ускоритель gp работает следующим образом.

Пучок на выходе основного ускорителя представляет собой периодическую последо вательность сгустков, следующих один за другим с частотой fg . Фазовая длина 25 каждого сгустка равна Д т, и частицы внутри сгустка в общем случае беспорядочно распределены по энергиям. Частицы с разной энергией проходят дебанчер за разное время, поэтому на выходе дебанчера создается определенная корреляция между энергией частицы и ее положением в растянутом сгустке. Далее сгустки пропускают через монохроматизируюший резонатор, который уменьшает энергетический разброс частиц в каждом сгустке, сопоставляя частицам с меньшей энергией большее поле.

При этом модулируют фазу высокочастотного поля в монохроматизируюшем резона» торе так, что каждый предшествующий сгусток проходит через резонатор в меньшем поле, чем каждый последующий; в результате средняя энергия сгустков частиц в течение импульса плавно возрастает.

Однако в известном ускорителе диапазон изменения фаз сгустков, а следовательно, и их энергии при прочих фиксированных параметрах устройства существенно ограничень|,Это объясняется тем, что в общем случае изменение средней энергии сгустков

409401 и одновременная монохроматизация частиц внутри сгустка для некоторых сгустков. несовместимы. Напрмер, если крайние в импульсе сгустки проходят через резонатор в положениях А и Б (фиг. 6), когда изменение средней энергии or сгустка А к

Б максимально, монохроматизация в этих сгустках вовсе отсутствует. Кроме того, степень монохроматизации изменяется в зависимости от крутизны участка синусои- 10 ды, где расположен сгусток. Таким образом, перемещение сгустков по фазе поля для модуляции их энергии допустимо только в "линейной" части синусоиды монохроматизирующего поля. 15

Цель изобретения » улучшение степени монохроматизации и сокращение протяженности камеры дрейфа, Цель достигается тем, что в предлагаемом линейном ускорителе между основным ускоряющим трактом и системой внутренней перестройки сгустков частиц по энергиям (дебанчером) расположена секция, модулирующая среднюю энергию сгустков, причем основные ускоряющие секции соединены с генератором ВЧ колебаний на частоте f o, модулируюшая секция соединена с генератором ВЧ колебаний на частоте

f < ф, a секция монохроматора соединена с генератором ВЧ колебаний на частоте, равной частоте следования сгустков на выходе дебанчера и отличающейся от

1 и, генераторы различных частот связаны с возбудителем ВЧ колебаний на частоте f о через фазируюшие элементы и все генерирующие элементы соединены с си нхро низат ором.

На фиг. 1 приведена блок-схеМа предлагаемого линейного ускорителя, один из 40 возможных вариантов; на фиг. 2 — графически показаны фазовая длина сгустка и распределение частиц в нем по энергиям в известном линейном ускорителе; на фиг.

3 — то же в "растянутом" сгустке; на д фиг. 4 — сгусток, пропущенный через монохроматизируюший резонатор; на фиг. 5— график изменения средней энергии сгустка частиц в течение импульса; на фиг. 6— график изменения средней энергии в случае 50 отсутствия монохроматизации для известного линейного ускорителя.

Предлагаемый линейный ускоритель содержит источник 1 заряженных частиц; основной ускорительный тракт 2 {диафраг- 55 мированный волновод); модулируюшую секцию 3; магниты 4 дебанчера со средними траекториями 5 сгустков; монохроматизируюшую секцию 6, клистронные генераторы 7, 8, 9 ВЧ колебаний; фазируюшие 60

Для реализации на выходе ускорителя отношения Е/E = + 0,2% могут быть выбраны следующие условия; фазовая протяженность ф сгустков на выходе основной части ускорителя, рад

Частота 0, Мгц

0,2

1818 элементы 10; возбудитель 11 и синхронизатор 12.

Работает линейный ускоритель следующим образом.

Импульс синхронизатора 12 включает импульсное питание возбудителя 11, генераторов 7, 8, 9 и источника 1 заряженных частиц. Источник 1 инжектирует в основной ускорительный тракт 2 импульсную последовательность частиц.

Возбудитель 11 возбуждается на частоте )О и через фазирующие элементы 10 возбуждает генераторы 7„8, 9, которые в последовательности, указанной импульсами синхронизатора 12, и в соответствии с формой высоковольтного импульса питания возбуждаются соответственно на частотах 1о f< f а и питают ВЧ энергией секции 2, 3, 6. В результате этого пучок частиц, проходя через тракт (секцию) 2„группируется и ускоряется в поле бегущей волны (частота ) до реляти« вистской энергии, в секции 3 модулируется по энергии от сгустка к сгустку в поле бегущей волны с частотой и по1 1 ступает на вход дебанчера. Промодулиро ванные по средней энергии сгустки частиц, пройдя через магниты дебанчера по траекториям 5, изменяют частоту следования с на f . Так как монохроматизирую щая секция 6 возбуждена также на частоте, то сгустки, поступившие в нее, оказываются одинаково сфазированными относительно ускоряющего поля, что позволяет выбрать наилучшие (по фазе поля) условия для монохроматизации и предотвращает добавочную модуляцию энергии в секции 6, Таким образом, на выходе линейного ускорителя может быть получен пучок, электронов с малым энергетическим разбросом в пределах сгустка, заключенным для каждого сгустка в пределах сепаратрисы кольцевого ускорителя. Средняя энергия сгустков при этом следует за изменением магнитного поля, а изображение пучка на фазовой плоскости непрерывно следит за движением аксептанса кольцевого ускорителя в фазовом пространстве.

409401

Энергия частиц в начальной части импульсе, Мэв 40

Длительность импульса, мксек 5

Нарастание энергии пучка, % 10 5

Энергия частиц в конце импульса, Мэв

Необходимая разница частот и о, кгц 44 щ

Необходимая разница частот 2 и кгц

88

Предлагаемый линейный ускоритель при работе основных узлов на указанных часто15 тах споообен обеспечить эффективную многооборотную инжекцию и повысить коэффициент захвата частиц в кольцевом электронном синхротроне со слабой фокусировкой. формула изобретения

Линейный ускоритель заряженных частиц, содержащий последовательно расположенные основной ускорительный тракт, камеру дрейфа для перестройки сгустков частиц по энергиям и монохроматизирующую секцию, отличающийся тем, что, с целью улучшения степени монохроматизации и сокращения протяжен ности камеры дрейфа, между камерой дрейфа и основным ускорительным трактом расположена секция для модуляции средней энергии сгустков, а камера дрейфа помещена между полюсами отклоняющих магнитов.

409401

Составитель Е.Громов

Ре тор И.Ордова Гехред И.Карандашова Коррек-.ор

Заказ б1 1 1

Изд ле /Я/О 1 ира ; 1-0 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4

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