Способ получения вторичных пучков в циклических ускорителях высокой энергии

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ ПУЧКОВ В ЦИКЛИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЯХ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ, заключающийся в сме щении первичного пучка в радиальном направлении и наведении его на внутреннюю мишень путем воздействия на него электромагнитным полем, отличающийся тем, что, . с целью уменьшения углового разброса падающих на мишень частиц первичного пучка, ток питания обмоток электромагнита , возбуждающего смещающее поле, изменяют по ступенчатому закону , изменяя при этом градиент магнитного поля так, чтобы для 0,5 выпсхлнялось условие, при котором лвп равно целому числу, не кратному п, где ла - дробная асть частоты радиальных бетатронных колебаний} п - длительность ступенек в числах оборотов пучка, а амплитуду ступенек задают из условия рав- i номерности сброса частиц на мишень.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 10213 А

3(59 Н 05 Н 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

f

1 с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

21) 3357924/18-21

22) 20.11.81 (46) 23.12.83. Бюл. I» 47 (72) A.P.Туманян, X.A.Симонян и Н.A.Çàòòîëüñêèé (53) 621.384.6(088.8) (56) 1. R.I. Averi11 IЕЕЕ Trans

on Nucl, Sci ч. Р 5-12, Р 3, р. 889, 1965.

2. Daresbury Nuclear P rys i cs Laboratory Аппца1 Report, р. 61, 1969 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ

ПУЧКОВ В ЦИКЛИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЯХ

ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ, заключающийся в смещении первичного пучка в радиальном направлении и наведении его на внутреннюю мишень путем воздействия на него электромагнитным полем, отличающийся тем, что, с целью уменьшения углового разброса падающих на мишень частиц первичного пучка, ток питания обмоток электромагнита, возбуждающего смещающее поле, изменяют по ступенчатому закону, изменяя при этом градиент магнитного поля так, чтобы для

0С д Q (0,5 выполнялось условие, при котором дЯп равно целому числу, не кратному и, где д@ — дробная асть частоты радиальных бетатронных колебаний; и — длительность ступенек в числах оборотов пучка, а амплитуду ступенек задают из условия рав- Pg номерности сброса частиц на мишень.

1021338

Изобретение относится к области ускорительной техники, в частности к способам получения растянутых во времени вторичных пучков в циклических ускорителях высоких энергий.

Известные способы получения вторичных пучков в циклических ускорителях основаны либо на формировании выведенного первичного пучка с последующим наведением его на внешнюю мишень, либо на поперечном (радиальном или вертикальном ) наведении циркулирующего первичного пучка на внутреннюю мишень с использованием смещающего пучок электромагнитного поля (1 ). 15

Наиболее близким к изобретению является способ получения вторичных пучков в циклических ускорителях высокой энергии, основанный на смещении первичного пучка, в радиальном направлении и наведении его на внутреннюю мишень путем воздействия на него электромагнитным полем (2).

Этот способ позволяет получить равномерное вторичное излучение с постоянной трассой вторичных частиц и при малых значениях длительности циклов ускорения.

Недостатком этого способа является значительный угловой разброс частиц в получаемом вторичном пучке, обусловленный угловым разбросом первичных циркулирующих частиц и законом их наведения на мишень, что приводит к уменьшению эффективности вывода вследствие последующей коллимации.

Целью изобретения является уменьшение углового разброса падающих на мишень частиц.

Поставленная цель достигается 4О тем, что в известном способе получения вторичных пучков в циклических ускорителях высокой энергии, заключающемся в смещении первичного пучка в радиальном направлении и наведении 45 его на внутреннюю мишень путем воздействия на него электромагнитным полем, ток питания обмоток электромагнита, возбуждающего смещающее поле, изменяют по ступенчатому закону, изменяя при этом градиент магнитного поля так, чтобы для 0 <дЯ < О, 5 выполнялось у сл овне, при кото ром двп равно целому числу не кратному и (где дй — дробная часть частоты ради ал ь ных б е тат рон ных кол еб а ни й, n — - длительность ступенек в числах оборотов пучка), а амплитуду ступенек задают из условия равномерности сброса частиц на мишень, 60

Способ реализуется следующим образом.

Локальным возмущением магнитного поля на орбите частиц осуществляют радиальное смещение циркулирующего 65 пучка. Питание возмущающих поле обмоток электромагнита формируют так, чтобы оно имело ступенчато-нарастающий характер, и при этом длительность ступенек должна быть пропорциональна обратной величине дробной части числа бетатронных колебаний пучка на обороте, а высоты ступенек подбирают из условий равномерности сброса частиц на мишень. Градиент основного магнитного поля сннхротрона изменяют до тех пор, пока значение обратной величины дробной части числа бетатронных колебаний не примет нецелочисленное допустимое значение для данного ускорителя.

Способ не требует применения специальных устройств, так как позволяет использовать имеющиеся на ускорителях средства локального смещения пучка с программным регулированием формы тока питания возмущающих поле электромагнитов, а также средства для изменения градиента магнитного поля ускорителя, На чертеже графически показан процесс наведения пучка на внутреннюю мишень с помощью методики "вращающегося круга".

Если принять, что все частицы пучка имеют одну и ту же частоту И„ радиальных бетатронных колебаний

Я „= rn + д6, где m - ближайшее к 9,, целое чйсло 0 <, 6 < О, 5, неизменную в течение времени наведения пучка на мишень, то на азимуте 5м (место расположения мишени ) таком, что р(5 ) = б, (б - амплитудная функция ) йа любом обороте пуска его эмитанс на фазовой плоскости (г г рмокс) имеет вид круга, радиуса

=A мокс ° где А мокс- максимально возможное отклонеййе частиц от возмущающей замкнутой. орбиты

Центр круга (г = г = 0) соответствует положению замкнутой орбиты на данном обороте в точке 9„,.

Каждой точке круга, характериэуeMof; параметрами (Р.у) 0<А 4 Ам««04

< y «< 2гг соответствует, по крайней мере, одна частица.

Величина радиус-вектора М произвольной точки круга на азимуте S„ изменяется от оборота к обороту по закону

n= A oos jV(5 j+ 2г46г (4- г)- ) где г< — номер оборота; Y — фазовая функция.

Наведение пуч:a на мишень (эдвижение мишени в пучок) означает уменьшение расстояния d между центром круга и краем мишени.

Допустим, что в некоторый момент ((< = 1 начало отсчета оборотов) круг касается края толстой мишени и в те1021338 чение первых п оборотов (длительность "ступеньки в числах оборотов пучка) не изменяется в точке S О (d = const ) .

Тогда в течение первого оборота пучка на мишень непрерывно (беэ учета банкировки) будут падать частицы с углом = О по отношению к замкнутой орбите.

На языке "вращающего круга" это означает, что частицы будут соответ- 10 ствовать точке А = Ам „с и

= М(3„„) = 0 на чертеже точка 1.

Через один оборот (К 2) в точке

3 = О начальный круг оказь:вается повернутым на угол Ч = 2Удй по от- 5 ношению к начальному положению (К = Ц, Это значит, что в течение и второго оборота пучка на мишень будут падать частицы с углом (= О, но теперь уже те частицы, которые в начальный мо- 2О мент имели фазу г= 2яд6 «< 27. На чертеже эта точка обозначена 2.

Этот процесс будет иметь место в течение первых и оборотов, где и определяется нэ условия 25 пда=Ч,, (2) Такое вырезание означает, что в течение первых и оборотов падающие на мишень частицы будут иметь угловой разброс, определяемый выра-. жением

®и ка

А

) макс (s1

Очевидно, что при "вырезании круга" сегментами при неизменном и воэ- &() можно "прекрывание сегментов", т,е. очередной вырез происходит не из полного круга, а только той его части, которая осталась (если осталась ) после. предыдущих вырезаний.

&5 где с(,- целое число.

Условие (2 ) определяет число оборотов пучка и, в течение которых на касающуюся пучка мишень можно сбросить частицы с углом i = О.

Для того, чтобы после первых и оборотов, удовлетворяющих условию (2), на мишень падали частицы, необходимо изменить величину д (наведение пучка на мишень).

Если мишень вдвинута на пучок на величину Ь«А OKñ и в течение следующих п оборотов д = Амс,„с- "и = сопи, 40 то указанный выше процесс повторится с той лишь разницей, что на каждом обороте из круга уже будут выреэаться мишенью равнобедренные треугольники

Высотою Ъ, вершины которых есть точ- 45 киА =Ямсюксп пз= f пд@п — 2й () .целое число, обеспечивающее условие

, j 2Х).

Степень перекрывания зависит как от величины дЯ, так и от глубины Ь мишени в пучке.

Перекрывание сегментов эа первые и оборотов не будет иметь место, если шаг д Ь выбран так, что после вырезаний круг превращается в правильный и -угольник, вписанный в окружность радиуса A = A „c, T.e. дИ удовлетворяет условию дь =(ь) )кр, () кр Амока()

Подставляя формулы (4 ) и (3), получим

A дг = мака

9(A — (ф )

)Ъм@ка

При ЬЬ Ъ (дЪ) кр ппосле первых п оборотов в пучке уже не будет частиц с амплитудами А =Амц„а. а этом случае выражение (5) определяет максимальный угловой разброс падающих на мишень частиц, поскольку при следующих шагах вдвижения мишени в пучек угловой разброс определяется по формуле. д ( ((АадЬ-j)

) мсцсс где i — число шагов и 0(a (1.

Из выражения (5) следует, что для уменьшения углового разброса падающего на мишень пучка необходимо уменьшить величину (ah)„> и соответственно увеличивать велйчину и.

Оптимальное значение и = и „ т для данного ускорителя выбирают из соображений обеспечения равномерности вывода и составляет примерно 10 2 часть полного времени сброса всего ускоренного пучка на мишень.

Точное значение n „ - для данного ускорителя можно например определить иэ условия и „ д9. = с, где

Ч, — целое число некратное карп и определяющее число оборотов круга, необходимое для образования правиль- . ного вписанного и -угольника ЬЯесть значение дробной части числа бетатронных колебаний из набора допустимых для данного ускорителя.

При выбранном п для обеспечения рассмотренных выше процессов, дробная часть частоты бетатронных колебаний д9 должна удовлетворять условию (2), т.е. д9= Ч,/и, целое число < а п, причем n j рс), (p — целое) выбирается так, чтобы удовлетворялось и условие

0(дЭ (Ор5. Гаким образом, выбором величины дй и ступенчатого закона наведения пучка на мишень для любого синхротрона можно обеспечить такие условия, при которых угловой разброс падающих на мишень частиц будет, по крайней мере, на порядок меньше естественного углового разброса ускоренного пуч1021 338

Составитель E. Громов

Редактор E ° Утехина Техред Л.Мартяшова КорректорГ, Решетник

Заказ 10629/7 Тираж 845 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал t!fIH "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ка, обязанного динамике пучка в сннхротронах высоких энергий.

Предлагаемый способ получения вторичных пучков был апробирован на электронном синхротроне с жесткой фокусировкой на энергию 6 гэВ. Ре- 5 зультаты эксперимента показали, что при изменении числа радиальных бетатронных колебаний с 5,25 на 5,22 и соответствующем изменении формы тока в обмотках возмущения электро- 10 магнита эффективная угловая расходимость пучка вторичного излучения с вольфрамовой внутренней мишени толщиной 0,14 рад длины уменьшилась примерно в 1,5 раза, а эффективность 5 вывода увеличилась в 2,25 раза. При этом длительность ступеньки составляла 20 мксек, наклон одной ступеньки не превышал 3.10 3 A/мксек и длительность вывода составляла 2,0 мсек, 2О

Использование предложенного способа на любом крупном циклическом ускорителе позволит по сравнению с прототипом существенно уменьшить угловую расходимость пучков вторичного излучения с внутренних мишеней, что создает воэможность проведения ряда экспериментов, в которых угол падения частиц на внутреннюю мишень является определяющим фактором, например экспериментов по каналированию (угловой разброс, обусловленный внутренним рассеиванием пучка в веществе самой мишени здесь не рассматривается ). Уменьшение угловой расходимости медленно выводимых пучков вторичного излучения повышает эффективность канала, что позволяет сократить использование для проведения эксперимента дорогостоящего пучкового времени.