Способ коллективного ускорения ионов

 

1. СПОСОБ КОЛЛЕКТИВНОГО УСКОРЕНИЯ ИОНОВ путем воздействия ускоряющим полем на электронные кольцевые сгустки, нагруженные ионами и помещенные в ведущее постоянное магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью увеличения темпа коллективного ускорения ионов, электронные кольцевые сгустки, нагруженные ионами, инжектируют в волновод, и после инжекции воздействуют на них бегущей типа Hj -волной СВЧ-поля, фазовую скорость которой замедляют от скорости света. 2. Способ поп.1,.отличаю щ и и с я тем, что. в процессе ускорения фазу ускоряющего СВЧ-поля изменяют за время, меньшее периода радиально-фазового колебания электронов сгустка. $

917672 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

119) (111 (51)5 H 05 H 5/00, 13/00

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИД

Н АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.1 (21) 2922647/21 (22) 08,05.80 (46) 07.08.91. Бюл. В 29 (72) В.С.Панасюк (53) 621.384(088 8) (56) Плютто A.À. Журнал экспериментальной и теоретической физики, т.39, с. 15 9, 1960.

Саранцев B,Ï., Перельштейн Э.А.

Коллективное ускорение ионов электромагнитными кольцами. И.: Атомиздат, 1979, с. 7-10. (54) (57) 1. СПОСОБ КОЛЛЕКТИВНОГО УСКОРЕНИЯ ИОНОВ путем воздействия ускоряющим полем на электронные кольцевые сгустки, нагруженные ионами и помеИзобретение относится к ускорительной технике и может быть испбль зовано при разработке ускорителей на высокие энергии с большой интенсивностью.

Известен способ коллективного ускорения ионов, включающий создание линейного электронного пучка и про- пускание его через плазму.

Недостатками известного способа являются невозможность обеспечить большой, поток ускоренных ионов вследствие неустойчивости электронного пучка, а также недостаточный тейп ускорения, ограниченный малыми силами взаимодействия ионов с электронамие

Из ве с те н также способ коллективного ускорения ионов путем воздействия ус2 щенные в ведушее постоянное магнитное поле, о т л и ч а и шийся тем, что, с целью увеличения темпа коллективного ускорения ионов, электронные кольцевые сгустки, нагруженные ионами, инжектнруют в волновод, и после инжекции воздействуют на них бегущей типа Нд-волной СВЧ-поля, фазовую скорость которой замедляют от скорости света.

2. Способ по п.1,, о т л и ч аю шийся тем, что. в процессе ускорения фазу ускоряющего СВЧ-поля е изменяют за время, меньшее периода радиально-фазового колебания электронов сгустка. коряющим полем на электронные кольцевые сгустки, нагруженные ионами и помещенные в ведущее постоянное магнитное поле,, Электрическое поле воздействует и на электронные сгустки и на ионы, что в значительной мере ограничивает возможности в темпе ускорения рассматриваемого способа, так как при этом ускоряющее поле, одновременно воздействуя и на электронные сгустки, сфор.мированные в виде кольца, и на ионы, стремится также разорвать сгусток, что и ограничивает темп ускорения частиц.

Таким образом, недостатком изве-, стного способа является недостаточно высокий темп коллективного ускорения ионов.

917672

Целью изобретения является увеличение темпа коллективного ускорения ионов, Поставленная цель достигается тем, что электронные кольцевые сгустки, нагруженные ионами, инжектируют и волновод и после инжекции воздействуют на них бегущей типа Н -волной

Il

СВЧ-поля, фазовую скорость которой 1р замедляют до скорости света.

На фиг, 1 дано сечение вдоль оси ускорителя; на фиг. 2 — поперечное сечение, где 1 — соленоид для возбуждения ведущего магнитного поля, 2поперечное сечение электронного коль.цевого сгустка; 3 — вакуумированный волновод 3, диэлектрик — 4. Частично заполняющий волновод — электричесэ 1 кая компонента Е СВЧ-поля Н -волны 2p

Э Л вектор . В индукции. верущего магнитного поля — скорость Ч азимутальрого движения электронов — скорость U осе вого движения электронов, Согласно данному способу ускоре- 25 ние осуществляют следующим образом.

В формирующем устройстве, например, типа адгезатора, формируют сильно релятивистские электронные кольцевые сгу стки, нагруженные ионами. B вакуумированном волноводе 3 возбуждают с помощью соленоида I ведущее магнитное поле, направление вектора индукции Б которого показано на фигу-. рах. В волновод инжектируют сформированные электронные кольцевые сгустки. Включают источник ускоряющего

СВЧ-поля Н -волны вектор электричесЛ кой составляющей Е которого показан на фигурах. Фазовую скорость бегущей

40 волны замедляют до скорости распространения электромагнитной волны в свободном пространстве (до скорости све-та в вакууме), например, с помощью частичного заполнения волновода 3 ди45 электриком 4. В этот момент происходит известный процесс захвата электронов кольцевых сгустков в режим радиально-фазовых колебаний, создаваемый бегущей волной СВЧ-поля Н„-волны.

При этом происходит поглощение электронами мощности СВЧ-волны, необходимое для компенсации потери их энергии на синхротронное излучение. За счет этого поглощения возникает сила давления СВЧ-волны на электронный сгу55 сток, приводящая к ускорению сгустка вдоль оси волновода. Ионы же в силу своей инерционности не подвергаются воздействию СВЧ-поля, что исключает эффект разрыва кольца от действия электрического поля, свойственный прототипу., и позволяет увеличить темп ускорения частиц. Следует заметить, что влияние синхротронного излучения важно в начальный период ускорения, Если бы синхротронное излучение отсутствовало, то в начальный период ускорения, когда скорость движения кольца мала по сравнению со скоростью распространения волны в свободном пространстве, равновесная фаза электронов при азимутальном движении в постоянном магнитном поле быпа бы равна нулю. При наличии же излучения при сколь угодно малой начальной скорости электронного кольца по направлению распространения волны равновесная фаза азимутального движения электронов установится равной потере энергии на синхротронное излучение за оборот в азимутальном движении и темп ускорения кольца электронов далее будет определяться величиной этой равновесной фазы. Частота электромагнитного поля бегущей СВЧ-волны, действующая на азимутальное движение электронов в системе центра инерции электронного кольца, определяется по формуле эффекта Допплера

1-V/Ñ

0 У 1-Ч /С где 10 — частота бегущей волны в лабораторной системе отсчета; — частота в системе отсчета центра инерции кольца;

V — скорость движения кольца в направлении распространения волны

С вЂ” скорость света.

Например, для скорости Ч=—

С

21

Так как радиус орбиты релятивистских электронов в кольце к,при инжекции определяется выражением к=

21(40 — то конечный радиус (при Ч=

Ф

С

= -) приблизительно в полтора раза

3 более начального. Во столько же раз увеличивается и конечная энергия азимутального движения кольца, что увеличивает Равновесную фазу от увеличения синхротронного излучения и, следовательно, темп ускорения по сравне5 91 нию с начальным. В отличие от случая

1 авторезонансного ускорения, где допплеровское уменьшение частоты, действующеи на частицу, создает резонанс с ее собственной частотой, уменьшающейся вследствие релятивистского увеличения массы, здесь (для сильно релятивистских частиц) это явление не имеет принципиального значения для механизма ускорения, так как для сильно релятивистских частиц резонанс между электрическим полем и частотой вращения частицы соблюдается автоматически при нх азимутальном движении. Допплеровское уменьшение частоты влияет лишь на конечную энергию кольца электронов, поскольку конечный радиус кольца ограничен pasмером реального волновода.

При имеющихся технических воэможностях получение необходимой равновесной фазы для большого темпа уско- . рения кольца с помощью синхронного излучения затруднено. Для получения такой равновесной фазы необходим какой-либо искусственный прием, чтобы .задать начальную равновесную фазу азимутального движения электронов значительно большей, чем та, которая

7672

6 задается естественными условиями— синхронным .излучением, и тем самым повысить темп ускорения центра инер5 ции кольца по направлению pacilpocTpBпения бегущей волны, Таким приемом может быть быстрое изменение фазы ускоряющего СВЧ-поля в диапазоне

/\

1О

О- — за время, меньшее периода радиально-фазового колебания электронов: сгустка.

При этом на неподвижное в продольном направлении электронное кольцо начнет действовать соответствующая сила давления бегущей электромагнитной волны. Этот прием можно осуществить также или быстрым изменением частоты волны, или ее поляризацией.

Ф

Обеспечение большего темпа ускорения по сравнению с прототипом обусловлено тем, что электрическое поле волны типа Нц„ резонансным образом взаимодействуя с электронами в кольце, не оказывает резонансного влияния на ионы непосредственно, тем самым исключается продольная поляризация электронно-ионного образования, 30 которая имела место в прототипе. иг.

9!7672

Корректор Л.Патай

Редактор О.Филиппова Техред М.Дидык

Заказ 3435 Тираж 457 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и .открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101