Коллективный ускоритель электронно-ионных колец

 

(72) Авторы изобретения

Ю. И. Алексахин и В, П. Саранцев

Объединенный институт ядерных исследований (7! ) Заявитель (54) КОЛЛЕКТИВНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОННО-ИОННЫХ

КОЛЕЦ

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к коллективному методу ускорения, и предназначено для получения интенсивных (N 4 — 10 е ионов/c) пучков ио-;

4 нов любых элементов, ускоренных до энергии порядка 10 МэВ/нуклон.

Известно устройство, содержащее градиентный соленоид и расположенную внутри него импульсную линию (1).

В известном устройстве осуществляется

1О ввод электронного кольца в градиентный соленоид со стороны era большего радиального размера а в импульсной .линии возбуждается волна тока и сопутствующая ей волна магнитного поля, удаляющая электронное кольцо, 15 в осевом направлении от места ввода.

При этом кольцо перемещения в область нарастающего магнитного поля, увеличивая энергию своего азимутального движения.

Использование известного устройства для. . коллективного ускорения ионов в электронном кольце обладает тем недостатком, что в устройстве не предусмотрено многократное использование одного электронного кольца для периодического ускорения ионов, что снижает среднюю интенсивность ускоренного ионного пучка.

Наиболее близким техническим решением является коллекторный ускоритель электронно.-ионных колец, содержащий генератор элект- ° ронных колец, на выходе которого расположен градиентный соленоид с переменным радиальным размером, соединенный с генератором электронных колец со стороны своего меньшего радиа- льного размера, и устройство возврата электронного кольца к генератору электронных колец (2).

В известном коллективном ускорителе устройство возврата выполнено в виде обьемного резонатора, собственная частота колебаний которого должна совпадать с частотой продольных колебаний кольца в градиентном соленоиде.

Это, в свою очередь, накладывает ограничение на суммарную массу ионов, ускоряемых s кольце, которая должЮ быть мала по сравнению с суммарной массой электронов в кольце.

Таким образом ограничивается как кратность, 865112 так и эффективность использования каждого электронного кольца.

Недостатком известного устройства является низкая интенсивность пучка ускоренных ионов, обусловленная перечисленными выше ограничениями;

Целью изобретения является повышение интенсивности пучка ускоренных ионов путем увеличения кратности и эффективности использования каждого электронного кольца. о

Поставленная цель достигается тем, что в коллективном ускорителе электронно-ионных колец, содержащем генератор электронных колец, на выходе которого расположен градиентный соленоид с переменным радиальным раз- 15 мерам, соединенный с генератором электронных колец со стороны своего меньшего радиального размера, и устройство возврата электронного кольца к генератору электронных колец, устройство возврата электронного кольца к генератору электронных колец. выполнено в виде импульсной линии, подобной, градиентI» .ному соленоиду формы, сйабженной импульсной системой питания, устройство запуска которой синхронизировано по датчику остановки э5 электронного кольца с противоположного генератору электронных колец конца градиентного соленоида.

На фиг. 1.приведена общая схема устрой-- ЗО ства; на фиг. 2 —.эквивалентная схема импульсной линии; на фиг, 3 — распределение статического магнитного поля В вдоль продольной от устройства Z (сплошная линия) и бегущей волны импульсного магнитного поля (пунктирная линия), а также координаты начального положения электронного кольца Z >- и амплитуды колебаний кольца Z„— 2ост в зоне остановки.

Устройство содержит генератор 1 электрон40 ных колец, включающий инжектор электронов линейный индукционный ускоритель 2 и адгеэатор 3, градиейтный соленоид 4, катушку 5, и витки импульсной линии 6, охватывающие траекторию электронного кольца 7; синхроиизирующий виток 8, конденсаторы 9, емкость. .которых существенно превосходит собственную емкость витков 6, генератор 10 токового импульса и согласованную нагрузку 11. . Работает устройство слецующим образом.

Кольцо релятивистских электронов, сфор. мированное в генераторе 1 электронных колец, загружается ионами и ускоряется в с1гадающем магнитном поле В . При попадании коль; ца в обпасть быстро нарастающего вдоль оси

2 магнитного поля, создаваемого катушкой 55

5, происходит сепарация ионной и электронной компонент кольца, электроны отражаются от потенциального барьера и совершают колебания

4 с малой..амплитудой, так как значительная часть их энергии бьша передана ионам, Колебания электронного кольца гасятся за счет омических потерь в экранах и замедляющей системе, а также вследствие утяжеления кольца при загрузке новой порции ионов.

После остановки кольца от генератора 10 запитывается замедляющая система, принципиальная схема которой показана на фиг. 2.

Распространяющийся по линии токовый импульс создает движущуюся "горку" магнитного поля, которая возвращает электронно-ионное кольцо в исходное положение Z = Z,. Индукционная ЭДС, создаваемая движущимся токовым импульсом, увеличивает энергию электронов, полностью компенсируя затраты на ускорение ионов. Малая скорость распространения импульса в линии позволяет достичь значительной зарядности ионов (обдиркой электронным ударом) за время возвращения кольца в исходное положение, а также упрощает перехват кольца синхронизирующим стартовым витком 8, служащим для синхронизации момента старта электронно — ионного кольца и удержания кольца в точке Z = Z в течение времени, необходимого для достижения требуемой зарядности ионов.

Число колебаний электронного кольца ограничивается, в основном, двумя факторами— увеличением малых размеров электронного кольца за счет многократного рассеяния электронов в кулоновском поле ядер, приводящим к уменьшению электрического поля, удерживающего ионы в кольце, и потерей энергии электронов на синхротронное излучение.

Медленное изменение фактора загрузки от одного цикла ускорения к другому, связанное с уменьшением энергии электронов и изменени. ем объема кольца вследствие синхротронного излучения и многократного рассеяния, приводит к непостоянству энергии ускоренных ионов.

При необходимости энергия ионов может быть застабилизироваиа изменением давления в им- пульсной струе, из которой происходит захват, ионов в кольцо, или медленным изменением магнитного поля и его градиента за счет релаксации токов в дополнительных витках.

Наличие системы синхронизации, периодически срабатывающей при каждом цикле ускорения в одном и том же кольце, а также возможность обеспечить значительную загрузку кольца позволяет устранить недостатки и повысить среднюю интенсивность ускорения пучка ионов.

Ф о р м у л à и. з о б р е т е н и я

Коллективный ускоритель электронно — ионных колец, содержащий генератор электроннъи

5 86511 колец, на выходе которого расположен градиентный соленоид с переменным радиальным размером, соединенный с генератором электронных колец со стороны своего меньшего радиального размера, и устройство возврата электронного кольца к генератору электронных колец, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения интенсивности пучка ускоренных ионов путем увеличения кратности и эффективности использования каждого электронного 10 кольца, устройство возврата электронного кольца к генератору электронных колец выполнено s

2 6 виде импульсной линии, подобной градиентному соленоиду формы, снабженной импульсной системой питания, устройство запуска которой синхроннзовано по датчику остановки электронного коль. ца с противоположного генератору электронных " колец конца градиентного соленоида.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР по заявке

И 2628501/18 — 25, Н 05 Н 5 00. 04.07.78.

2. Иовнович М. Л. Препринт ОИЯИ Р9-11686, ;Дубна, 1978 (прототип).

865112 в ает к

Редактор Н. Аристова

Заказ 10535/8 Тираж 862

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

Составитель В. Краснопольский

Техред М.Тенер Корректор И. Ватрушкина