Ускоряющая структура резонансного ускорителя заряженных частиц

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.Я0„„1216837 (д1) у Н 05 Н 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) () С >> ) ск

Р где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3692173/24-21, (22) 19.01.84 (46) 07.03.86.Бюл.9 9 (7 ) В.С.Панасюк, Ю.К.Самошенков

72) и M.Ô.Ñèìàíoâñêèé (53) 621.384.6 (088.8) (56) Ускорители. Сб.пер. Под ред.

Б.Н.Яблокова, М.: Гостомиздат, 1962, с.547-553.

Абдульманов В.Г. Импульсный высокочастотный линейный ускоритель протонов для внешней инжекции в синхротрон Б-5.Препринт ИЯФ СО АН СССР 7825. Новосибирск, 1978. (54)(57) УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА РЕЗОНАНСНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащая трубку дрейфа, расположенную в вакуумном цилиндрическом экранирующем кожухе, и изолирующий держатель трубки дрейфа, расположенный в этом же кожухе и подсоединенный к трубке дрейфа в середине ее продольного размера, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью ° повышения скорости частиц, в нее введен конденсатор, одна обкладка кото;:>oro электрически соединена с трубкой дрейфа в середине ее продольного размера, а другая обкладка соединена с экранирующим кожухом, при этом емкость конденсатора определяется из условия емкость конденсатора; фазовая скорость волны в ускоряющей структуре на П вЂ” виде колебаний, нормированная на скорость света; резонансная частота ускоряющей структуры; емкость, образованная каждым из торцов трубки дрейфа и экранирующим кожухом, волно в о е со про тивл ение коаксиальной линии, образованной трубкой дрейфа и экранирующим кожухом.

25

1 . 121

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке ускорителей с высокой выходной энергией с заряженных частиц.

Целью изобретения является повышение скорости частиц.

На фиг.1 дана схема устройства совместно с возбуждающим генератором и инжектором; на фиг.2 - графическое распределение высокочастотного потенциала (. на трубке дрейфа; на фиг. 3 — эпюра электрического поля (Е) в ускоряющих зазорах, образованных торцами трубки дрейфа и экранирующим кожухом.

Устройство содержит трубку 1 дрей фа, расположенную в вакуумированном цилиндрическом экранирующем кожухе 2 соосно с ним.

На выходе структуры установлено выходное окно 3. Конденсатор 4 электрически соединен с трубкой 1 дрейфа в середине ее продольного размера и экранирующим кожухом 2.

Система 5 высокочастотного возбуждения служит для подачи высокочастотной мощности в ячейку. На входе структуры установлен инжектор 6.

Элемент 7 выполнен из диэлектрика и служит для механического креп.ления трубки 1 дрейфа в кожухе 2.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно в объеме структуры создают требуемый вакуум. Затем включают инжектор 6 и систему 5 высокочастотного возбуждения, при этом в структуре создается электромагнитное поле, а в ускоряющих зазорах - электрическое поле соответст;вующей величины. Частицы из инжектора 6, попадающие в первый зазор в ускоряющей фазе эпектрического поля, ускоряются в нем и попадают в трубку 1 дрейфа. Выходящие из трубки дрейфа частицы попадают во второй ускоряющий зазор также в ускоряющей фазе электрического поля, ускоряются в нем .и выходят через выходное окно 3.

Таким образом, в предлагаемой структуре осуществляется резонансное ускорение заряженных частиц, причем условия резонансного ускорения оказываются выполненными для релятивистских частиц { т.е. частиц, имеющих после прохождения первого ускоряющего зазора скорость, блиэ6837 1 кую к скорости света), что и соот ветствует цели данного изобретения.

Эта особенность данной структуры обосновывается следующим образом.

Для структур, работающих на 1 виде колебаний, условие резонансного ускорения в структуре имеет вид где — длина трубки дрейфа;

Р - относительная скорость частиц на входе трубки дрейфа, нормированная на скорость света;

il — рабочая длина волны структуры.

Из теории длинных линий резонансная частота ячейки имеет выражен:ие м

2r с ) (CK+ ХС) ь/ () где )О = "1 - резонансная частота ячейки;

С вЂ” емкость конденсатора 4;

Ср — емкость, образованная каж дым из торцов трубки дрейфа и экранирующим кожухом;.

К вЂ” волновое сопротивление коак- сиальной линии, образованной трубкой дрейфа и экранирующим кожухом.

Комбинируя (1) и (2), имеем

11 (/ЭО (.Ск + 1 СО144 ()

< - о С К С О 1 1

Формула (3) связывает параметры ячейки с величиной скорости.--частиц.

Из (3) видно, что это уравнение имеет (хотя и в неявном виде): действительное решение при ф 1, и, следовательно, условия резонансного ускорения оказываются выполненными для pBJIsiTHBHcTcKHx частиц»

В предельном с чае, полагая в (3) Р= 1, получим: 4 Хp=

Ч 7 откуда следует

Ъ о) С СОИ = С о ч С т.е. решение уравнения (3) для случая р 1 получено в явном виде и оказывается чисто действительным, т.е. может быть реализовано на прак-. тике.

3 12

Основным. преимуществом. предлагае-. мой ускоряющей. структуры по сравнению.с известной является возможность ускорения в ней заряженных частиц до релятивистских энергий. Перед другими структурами, применяемыми на практике для ускорения реляти/ вистских заряженных частиц (диафраграмйрованный волновод, бипериодическая структура и т.д.), предлагаемая ячейка имеет то преимущество, что рабочая длина волны. определяется в ней продольным размером, тогда как в известных структурах — поперечным размером.. Поэтому при одинаковой рабочей частоте предлагаемая

16837 4 .структура может иметь значительно меньшие поперечные размеры по сравнению с известными структурами, что является весьма. ценным для некоторых практических применений.

Структуры предлагаемого типа могут быть соединены последовательно в цепочку связанных резонаторов.

Применение такой структуры может оказаться перспективным, например, при разработке и изготовлении. ускорителей для g — каратажа, к. которым предъявляются, очень жесткие требования с точки. зрения поперечных габаритов.

Составитель И. Зацепина

Техред Т.Дубинчак

КоРРектоР В,Синицкая

Редактор В.Иванова

Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 1005/61 Тираж 7б7

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий

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