Ускоряющая структура для линейного ускорителя тяжелых ионов

 

1. УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ с нространственно-однородной квадрупольной фокусировкой, содержащая четырехгфоводную линию с профилированнынш электродами укрепленными с помоцью юсти1)овочных механизмов на (шорных фермах, индуктивные шлейфы и каркас. Отличаю : :i . ...;. jij.-- щаяся тем, что, с целью снижения потерь пучка за счет улучшения юстировки электродов, кажцый индуктивный шлейф вьтолнен в виде трех спиралей, оси которых расположены под углом 120° друг к другу, при этом одни концы спиралей присоединены к опорной ферме, а другие закреплены на каркасе с помощью температурных компенсаторов. 2. Ускоряющая структура по п. 1, отличающаяся тем, что, температурные компенсаторы вьтолнены в виде каретки с регулировочными винтами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПИЬЛИК

ÄÄSUÄÄ112 25

4(5I) Н 05 Н 9 0

Г0СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й АВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3> (21) 3602280/18-21 (22) 07.06.83 (46) 30.05.85. Бюл. В 20 (72) А.Ю. Дядин, А.В. Зарубин

H В.В. Кушин (53) 621.384.6(088.8) (54)(57) 1. УСКОРЯИМПАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ

ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ .ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой, содерлищая четырехпроводную линию с профили- рованными электродами, укрепленными с номощью юстифовочных механиэ мов на.опорных фермах, индуктивные шлейфы и каркас, о. т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью снижения потерь пучка эа счет улучшения юстировки электродов, каждый индуктивный шлейф выполнен в виде трех спиралей, оси которых располозены под углом 120 друг к другу, при этом одни концы спиралей присоединены к опорной ферме, а другие эакреплены на каркасе с помощью темпе- ратурных компенсаторов.

2. Ускоряющая структура по п. 1, отличающаяся тем, что, температурные компенсаторы вь1полнены в виде каретки с регулировочными винтами.

1 1235: 5

Изобретение относит<тя к области ускорительной техники, в частности к области линейных ускорителей ионов, и может быть использовано при создании новых н реконструкции действующих линейных ускорителей интенсивных пучков ускоренных частиц.

Одной из основных тенденций в технике линейных ускорителей при получении интенсивных пучков ускоренных ионов является использование .ускоряющих структур с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой.

Известна ускоряющая структура с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой в виде четырехпроводной линии с профилированными электродами, которые закреплены на механически прочных индуктивных шлейфах, представляющих собой четвертьнолновые резонансные линии. В этих структурах длина шлейфа близка к четверти длины волны и поэтому при создании ускоряющей структуры с длиной волны. 25-50 м, как это требуется для ускорения тяжелых ионов, например .урана и висмута, поперечные размеры ускоряющей структуры оказываются неприемлемо большими.

Наиболее близким техническим ре-, шением к предлагаемому является ускоряющая структура для линейного ускорителя тяжелых ионов с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой, содержащая четырехпроводную линию с профилированными электродами, укрепленными с помощью юстировочных механизмов на опорных фермах, резонансные индуктивные шлейфы и каркас структуры.

В этой структуре для уменьшения поперечньтх размеров резонансные шлейфы выполнены в виде плоских спиралей, на которых закреплены профилированные электроды четырехпроводной линии. 10стировочные механизмы установлены на каркасе структуры.

Недостатком этой ускоряющей структуры является то, что даже при сравнительно небольших изменениях температуры спирали возникают заметные смещения электродов относительно оси как иэ-за удлинения спирали, так и из-за возникающих угловых смещений ее конца, в результате

50 квадрупольная симметрия поля в приосевой области нарутается и потери частиц возрастают.

Цель изобретения состоит в снижении потерь пучка за счет улучшения юстировки электродов.

Цель достигается тем, что в ускоряющей структуре для линейного ускорителя тяжелых ионов, содержащей четырехпроводную линию с.профилированными электродами, укрепленными с помощью юстировочных механизмов на опорных фермах, индуктивные шлейфы и каркас, каждый индуктивный шлейф выполнен в виде трех спиралей, оси которых расположены.под углом 120 друг к другу, одни концы этих спиралей присоединены к опорной ферме, а другие закреплены на каркасе с -помощью температурных компенсаторов, выполненных в виде каретки с регулирующими. винтами.

На фиг. 1 приведен поперечный разрез ускоряющей структуры с двумя опорными Фермами, на- Фиг. 2— ее продольный разрез, Ускоряющая структура выполнена следующим образом. Каркас структуры состоит из продольных балок 1, поперечных элементов жесткости— треугольных рам 2 и платформ 3, На каркасе закреплены цилиндрические спирали 4, расставленные вдоль структуры на платформах 3 периодически по три спирали в каждом сечении, эти три спирали соединены

"звездой" под углом 120 друг к другу. Потенциальные концы спиралей присоединены к опорной ферме, которая состоит из балок 5, соединенных кольцевыми перемычками 6. На ферме установлены юстировочные механизмы

? и профилированные электроды 8. С другого конца каждая спираль закреплена на платформе 3 с помощью температурного компенсатора. Он состоит из каретки 9, тяговых болтов

10 и контактного соединения 11.

Платформа снабжена толкателями 12 для смещения каретки 9 вдоль и поперек платформы.

Сборка структуры начинается с установки опорных ферм на индуктивных шлейфах. С помощью температурных компенсаторов опорные фермы выставляются в требуемое положение относительно оси структуры с точттос тью не меньше 0,5 мм, оттирали ттрн

3 1 этом растягиваются на 10-157, Затем с помощью юстировочных механизмов электроды выставляются относительно оси структуры с точностью 2050 мкм.

Ускоряющая структура работает следующим образом.

При введении в ускоряющую структуру ВЧ-мощности происходит нагрев спиралей, опорных ферм и электро— дов, по которым текут рабочие

ВЧ-токи. Охлаждаемый термостатируемый каркас, по которому рабочие

ВЧ-токи не протекают, остается при неизменной температуре. В силу симметричного расположения спиралей в каждом сечении и в силу их пред варительного растяжения положение оси опорных ферм остается неизменным несмотря на изменение темпера,туры. Продольные деформации ферм и электродов также не приводят к взаимному смещению электродов друг относительно друга в .силу симмет рии: предварительно растянутые спирали стремятся сохранить их в исходном положении. В результате предложенная конструкция существенно ослабляет действие всех температурных деформаций, возникающих в структуре при изменении тепловых режимов, что снижает потери пучка в процессе ускорения.

Как показали опыты, секция.уско.ряющей структуры для ускорения двухзарядных ионов висмута имеет

12 3 52.5 4 дчинь 6 м кажная иэ дгг ° пс рвы ферм в ней крепится на девяти спиралях, структура имеет собственную частоту 6,25 МГц, добротность 700, шунтовое сопротивление 16 к0м. Изменения температуры в ней в пределах нескольких градусов не приводит к недопустимым смещениям электродов структуры и поэтому не при10 ведет к чарушению режима ускорения.

Эти данные можно сравнить с параметрами ускоряющих структур, предусмотренных в других проектах тяжело" ионных ускорителей. В известном тяжелоионном ускорителе УНИЛАК ускоряющая структура выполнена на основе четвертьволновых коаксиальных шлейфов и раббтает на частоте

27 МГц. Длина шлейфов составляет около 2 м и при температурной стабилизации 0,2-0,3 С смещение трубок дрейфа из-за температурной деформации шпейфов составляет заметную, хотя и допустимую величину д 30-40 мкм. При переходе к длине вол" ны 50 м длина шлейфов достигнет

5-6 м и при той же температурной стабилизации тепловые смещения ускоряющих электродов достигнут величины 100 мкм, что недопустимо. Предлагаемое техническое решение существенно облегчает проблему термостатирования ускоряющей структуры, повышает надежность, снижает потери частиц в процессе ускорения.

1123535

Фиг.7

Техред М.. Надь

Редактор E. Иесропова

Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2922/6. Тираж 794

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делай изобретений и открытий

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

Подписное

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