Секционированная магнитная система для циклических ускорителей частиц

 

№ 111988

Класс 21@, 35

21g, 36

СССР

iF

БИБИ .(...

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Е. М. Мороз

СЕКЦИОНИРОВАННАЯ МАГНИТНАЯ СИСТЕМА

ДЛЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЕИ ЧАСТИЦ

Заявлено 14 февраля 1957 г. за No 566677 в Комитет по делал» изобретений и открытий при Совете Ии»»истров СССР

Изобретение относится к секционированным магнитным системам для циклических ускорителей, служащих для ускорения заряженных частиц при осуществлении ядерных реакций, исследования структуры атомных ядер, генерировании микрорадиоволн и других подобного рода целей.

В известных магнитных системах для ускорителей траектории заряженных частиц имеют вид развертывающихся спиралей, а так как ускоряющий элемент должен охватывать все витки траектории, то это вынуждает применять для ускорения частиц систему сложных дуантов и затрачивать большую мощность для их питания.

Необходимость оставлять большие зазоры между дуантами и стенками вакуумной камеры вынуждает увеличивать объем, занимаемый магнитным полем и откачиваемый высоковакуумнымп насосами, но не используемый для движения частиц, и увеличивать вес электромагнита и мощность его питания.

Магнитные системы для микротронного способа ускорения частиц не обеспечивают магнитной фокусировки, что служит основной причиной ограничения достигаемой энергии и интенсивности пульсирующих потоков ускоренных электронов. Кроме того, при этом значительное количество ускоренных частиц теряется при выводе их из ускорителя.

Цель изобретения заключается в улучшении электрических характеристик секционированной магнитной системы циклических ускорителей частиц, повышении энергии и интенсивности пучков ускоренных частиц и облегчении их вывода из ускорителя.

Это достигается обеспечением устойчивости движения заряженных частиц по соприкасающимся на некотором участке траекториям, что, в свою очередь, достигается выполнением секций магнитной системы так, чтобы соприкосновение траекторий происходило на расположенном между № 111988 секциями и свободном от магнитного поля участке траектории, в котором расположен ускоряющий элемент.

Применение предлагаемой магнитной системы позволяет заменить дуанты небольшим ускоряющим элементом, расположенным вне магнитного поля, и значительно уменьшить зазор между полюсами электромагнита, регулировать энергию пучка в широком диапазоне без изменения напряженности магнитного поля и без перестройки радиочистоты.

Согласно изобретению, магнитная система состоит из нескольких магнитных секторов с одинаковой или различной напряженностью магнитных полей, близких к однородным. В промежутках между секторами магнитное поле отсутствует или имеет небольшую напряженность, по сравнению с напряженностью поля в секторах. В одном из промежутков между секторами в точке, через которую проходят все траектории заряженных частиц, расположен ускоряющий элемент. В остальных промежутках располагается измерительная аппаратура и выводное устройство.

На чертеже изображена принципиальная схема одного из возможных вариантов предлагаемой секционированной магнитной системы (с магнитным полем одинаковой напряженности), Ускоряемые частицы движутся по замкнутым траекториям, представляющим комбинацию прямолинейных участков и дуг окружности.

BB — линия соприкосновения траекторий; Оь O> — центры кривизны траекторий; r — радиус кривизны траектории; А — ускоряющий элемент; прямые линии ВС, DG, Е1, JG, Х G, E Х, D Ci, В С определяют границы магнитных секторов. Траектория частицы представляет собой совокуйность овальных замкнутых кривых (на чертеже изображена одна из таких траекторий) .

При каждом прохождении через ускоряющий элемент А энергия частицы возрастает, и частица переходит с меньшей на большую овальную траекторию.

Устойчивость движения частиц обеспечивается действием краевых магнитных полей в точках входа и выхода частиц из магнитных секторов.

Частоты вертикальных и горизонтальных бетатронных колебаний частиц зависят от угла поворота, орбит в первом и четвертом секторе, от угла наклона границы второго сектора к линии симметрии магнитной системы, от длины прямолинейного промежутка ВВ, от длины интервала

BG между точками пересечения продолжений границ BC u DG магнитных секторов с границей JG, параллельной линии симметрии, а также от регулируемых углов, которые используются для управления вертикальной и горизонтальной фокусировкой частиц. Область устойчивости движения частиц определяется условием cos р„, I (1, (0 (О ге 2 г.

cs — угловая частота обращения частиц, в — угловая частота горизонтальных бетатронных колебаний, 0 — угловая частота вертикальных бетатронных колебаний.

Периметр траектории определяется по формуле

= 0+ 2 ra, 1+ cosy, где L, = 4rx 1 + $1п

2 cos (р+,)

cos q + —, а - 1 — — (1 + сов р,)

2 K cos(q+ y,} № 111988

В случае L = О обеспечивается зависимость вида Т = Е const между периодом обращения Т и полной энергией Е частиц, что позволяет использовать описываемую магнитную систему в циклотроне и в микротроне.

При введении определенной зависимости величин, з, и К от Е обеспечивается постоянство периода обращения ионов до больших энергий, несмотря на релятивистское возрастание их массы.

Вывод ускоренных частиц с любой траектории производится при помощи выводного устройства, перемещающегося вдоль границы одного из магнитных секторов. При использовании в качестве выводного устройства экранирующего магнитного канала, перемещающегося вдоль границы ВС, длина l участка экранируемого поля определяется по формуле где р, — угол поворота траекторий в первом магнитном секторе, з — угол наклона границы второго сектора к линии симметрии магнитной системы, r — радиус кривизны орбиты.

Для магнитной системы, состоящей из трех секторов с одинаковыми значениями напряженности магнитного поля, выполняются соотношения.

Предмет изобретения

Секционированная магнитная система для циклических ускорителей частиц, создающая постоянное во времени магнитное поле, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью обеспечения устойчивости движения частиц по соприкасающимся на некотором участке траекториям, секции магнитной системы выполнены асимметричной формы так, чтобы соприкосновение траекторий происходило на расположенном между секциями и свободном

: от магнитного поля участке, в котором расположен ускоряющий элемент. № 111988

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Редактор JI П. Ситников

Типография Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Петровка, 14.

Информационно-издательский отдел, 061.еч 0 34 и. л. Зак. 4286

Подп. к печ. 2l.Х-58 г.

Тираж 2000 Цена 50 коп