Способ ускорения положительных ионов электродными кольцами

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

NVIIC

PECllVSËИК (19) (11) (д)4 Н 05 Н 7/00 Н 05 Н 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 KKCON38AN

6j Тл .",1"." ::

ggg1l10ТЕЫ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ZueRl3

V = — —— (2AcMp где Ейе — средний заряд;

А — массовое число ускоряемых ионов

М вЂ” масса нуклона; с — .скорость светау

1 — радиус электронного кольца после формирования; Е

 — средняя индукция магнитного поля после формирования кольца, С: и направленной противоположно скорости, приобретаемой ионами в крае- Я вом магнитном поле на выходе ускори- теля °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЗФ (21 ) 3508320/18-21 (22) 27.09.82 (46) 07.07.86. Бюл. 9 25 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) И.В. Кузнецов, Э.А. Перельштейн, В.П. Саранцев и Г.Д. Ширков (53) 621.325 (088.8) (56) Кошер Е.Г. Основы ускорительной .техники. M.. Атомиздат, 1975, с. 97.

Саранцев В.П. Коллективное ускорение ионов электронными кольцами.

И., Атомизадт, 1979, с. 18. (54) (57 ) СПОСОБ УСКОРЕНИЯ . ПОЛОЖИТЕЛЬ11Ь1Х ИОНОВ ЭЛЕКТРОННЫИИ КОЛЬЦАИИ, заключающийся в том, что в продольном магнитном поле формируют электронное кольцо, в которое инжектируют нейтральные атомы, а после их нонизации электронное кольцо ускоряют вдоль магнитного поля, о т л ичающийся тем, что, с целью улучшения оптических свойств пучка ускоренных ионов, нейтральные атомы инжектируют по касательной к электронному кольцу с начальной скоростью, равной

1092767

ЕиеГВ

2АсМ средний заряд; массовое число ускоряемых ионов; масса нуклона; скорость света; радиус электронного кольца после формирования; где Zue—

А—

M—

P с—

R—

55

Изобретение относится к ускори-. тельной технике, а именно к коллективным ускорителям ионов электронными кольцами и может быть использо« вано для уменьшения эффективного 5 эмиттанса выведенного пучка ионов.

Известен способ коллективного ускорения ионов, заключающийся в совместном ускорении электронно-ионного пучка. 1О Недо статком этого способа является трудность получения и транспортировки частиц при его реализации, Наиболее близким к изобретению по техническому решению является 15 способ коллективного ускорения положительных ионов электронными кольцами, заключающийся в том, что в магнитном поле формируют электронное кольцо, вводят неитральные атомы с 20 небольшой начальной скоростью (тепловой) и без выделенного направления, а затем производят ускорение электронно-ионного кольца вдоль его оси симметрии. 25

Недостатком этого способа является то, что ионы на выходе из ускорителя приобретают азимутальную скорость, которая приводит к поперечной расходимости при транспортировке 30 пучка.

Целью изобретения является улучшение оптических свойств пучка ускоренных ионов за счет уменьшения их поперечной расходимости на выходе уско- 35 рителя.

> . Цель достигается тем, что согласно способу ускорения положительных ионов электронными кольцами, заключающемуся в том, что в продольйом магнитном поле формируют электронное кольцо, в которое инжектируют нейтральные атомы, а после их ионизации электронное кольцо ускоряют вдоль

45 магнитного поля, нейтральные атомы чнжектируют по касательной к электронному кольцу с начальной скоростью, равной

 — средняя индукция магнитного поля после формирования кольца, и направленной противоположно скорости, приобретаемой ионами в краевом магнитном поле на выходе ускорителя.

Кроме того, с целью упрощения инжекции ионов в кольцо, нейтральные атомы вводят в сформированное электронное кольцо в направлении, противоположном скорости электронов с начальной скоростью, относящейся к ко" нечной азимутальной скорости, приобретаемой в краевом магнитном поле ускорителя, как конечный радиус коль ца относится к радиусу сформированного электронного кольца.

Способ .осуществляют следующим образом.

Сначала формируют кольцо релятивистких электронов в магнитном поле.

Например, в коллективном ускорителе ионов электронными кольцами. Такое кольцо, сжатое в магнитном поле

2 Тл, имеет параметры: число элек" тронов в кольце Ne 10 ; энергия

19 ° электронов  — 20 мэВ; радиус кольца 3,5 см, радиус поперечного сечения кольца а = 0,2 см.

Затем в электронное кольцо по касательной к нему, вводят нейтральные .атомы ускоряемого элемента с начальной скоростью V и в направлении, противоположном скорости электронов. Под действием электронов кольца нейтральные атомы ионизи1 руются и положительные ионы с начальной азимутальной скоростью Ч накапо ливаются и удерживаются в кольце его собственным электрическим полем, а средний заряд ионов Zu возрастает в течение времени удержания кольца.

Поскольку ионы рождаются в продольном магнитном поле со средней индуктивностью В на радиусе R, то и они имеют начальный момент количества движения

Zue F. Â

M = AN V К + — -- -- p

o 2c (1) где е - заряд электрона; с — скорость света;

А — массовое число иона;

M " масса нуклона.

После некоторого промежутка времени удержания кольца, с целью достижения ионами нужной степени иони10927б7 зации, производят ускорение электронного кольца вдоль оси симметрии магнитного поля.

На выходе из области ускорения в краевом магнитном поле ускорителя ионы приобретают азимутальную скорость V> .

Величина приобретаемой ионами азимутальной скорости определяется из условия постоянства момента количества движения uReb

Для приведенных параметров кольца электронов и обычного для ускореZu „1 ния отношения

А 10

Ф вЂ” аз имутальная скорость иона в единицах скорости ч света составлен,и = — =1,1.10 с что соответствует энергии иона, равкэВ ной 0,5 — —— нукл.

Техред Л.Олейник

Корректор, В . Мутяга

Редактор Л. Письман

Тираж 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3724/1

Производственно-полиграфическое предприятие" r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, сообщая нейтральным атомам, вводимым в кольцо, начальную скорость Чо, равную Vy противоположного направления, 9дается точно устранить азимутальную скорость ионов одной какой-нибудь заряд- ности и уменьшить ее примерно в 100 .раз для тяжелых ионов (А 3 100) с зарядом, отличным друг от друга на одну, две единицы заряда. Такой набор зарядностей охватывает 80Ж интенсивности пучка.

Для указанных параметров кольца электронов и скорости ионов, равной

Чо = Vq их вращение приводит к радиальной поляризации электронов и ионов, намного меньшей малого размера а сечения кольца, т.е. вращающиеся ионы удерживаются в электрон.ном кольце его собственным электрическим полем.

Выбор загрузки электронного кольца ионами путем введения в него нейтральных атомов с нужной скоростью обусловлен техническими требованиями.

Если принять сечение ионизации нейтральных атомов электронным ударом равным 3.10 см, время загрузки

-10 с для указанных параметров кольца, то требуемая плотность потока

10 нейтронов составляет 3,3.10 ЖотИц с.с

Требуемую скорость нейтральным атомом можно сообщить, например, получив однозарядные ионы:этого элемента, ускорив их до нужной скорости и осуществив перезарядку на тонкой мишени. Это, в свою очередь, приводит к плотности тока однозарядных ионов, иА равной 200 —, что вполне доступ20 но при технической реализации.

Нейтральные атомы ускоряемого элемента вводят в электронное. кольцо на любом радиусе его сжатия и со скоростью, определяемой значением этого радиуса, но меньшей значения

V(p .

Недостающую до Vq скорость ионы в этом случае получают в процессе

ЗО сжатия электронно-ионного кольца до конечного радиуса, при котором происходит ускорение ионов. В остальном указанные соображения справедли.вы и для этого случая инжекции ионов

35 в кольцо электронов.

Таким образом, технические преимущества предлагаемого способа заключаются прежде всего в том,.что он позволяет устранить азимутальную ско4О рость ионов на выходе из ускорителя, тем самым обеспечивая вывод, транг, спортировку и,фокусировку пучка ионов на мишени."1(poìå того, требования, налагаемые предлагаемым способом к методу инжекции ионов в кольцо электронов, существенно его не усложняют.