Способ формирования сильноточных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона и устройство для его осуществления

 

I. Способ формирования сильноточных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона , включающий инжекцию пучка в мягкофокусирующев ведущее магнитное поле лерпендикулярно направлению магнитных силовых линий, формирование электронного кольца, увеличение энергии вращательного движения в нем путем увеличения амплитуды ведущего магнитного поля, поспедукяцее перемещение кольца под действием неоднородного магнитного поля, его преобразование в прямолинейный пучок под действием отклоняющего азимутапьно-неоднородного поля, и вывод через область, экранированнуто от магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности пучка, отклоняющее аэимутально-неоднородное поле дают импульсно в виде первой азимутальной гармоники,при этом воэбуждение этого поля осуществляют в момент обращения показателя спада ведущего магнитного поля в ноль. 2. Устройство формирования сильточных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона , содержащее линейный индукцнонный ускоритель, на выходе которого установлены аксиально-симметричные катупки -и магнитоэкранированньш канал , отличающееся тем, СО что, с целью повышения плотности пучка, в него введен подключенный к импульсному источнику питания магнитнь Й манипулятор, выполненный в виде плоского секционированного витка, ось которого смещена от оси аксиально-симметричных магнитных тушек, при этом число секций в витоэ ке не меньше трех, каждая из них соеО5 динена с им1тульсным источником пита 4 СП IN9 ния коаксиальной линией передачи, все линии передачи имеют равную длину, их выходы .через секции витка соединены последовательно, а подключенные к импульсному источнику питания входы соединены параллельно , и плоскость расположения витка манипулятора совмещена с плоскостью расположения магнитоэкранированного канала.

А1 (5l)5 Н 05 H 5 00 м : ОЮ НМ

llA jaggy . ТИ@@® ц 1 3 Q Jt р ()- .

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРНТН1 (46) 30. 09. 90. Бюл. 33 36 (2 !) 3839456/24-21 (22) 30. 11. 84 (7l) Объединенный институт ядерных исследований (72).А.К. Красных, И.В. Куэиецов н Э.А, Перельштейн (53) 621.384.6 (088.8) (56) Ковальчук Б.И. ПТЭ, !1 4, 1981, с. 15.

Саранцев В. П., Перельштейн Э.А.

Коллективное ускорение ионов электронными кольцами. Атомиэдат, Н.: !

929, с. 10-38.. (54) СПОСОБ ФОРИИРОВА3!1И СИЛЬНОТОЧ"

Н13Х УЛЬТРАРЕЛЯТИВИСТСКИХ ПУЧКОВ

ЭЛЕКТРОНОВ СУБНАНОСЕКУНДНОГО ДИАПАЗОНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ формирования сильноточных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона, включающий инжекцию пучка в мягкофокусирующее ведущее магнитнбе поле перпендикулярно направлению магнитных силовых линий, формироваиие электронного кольца, увеличение энергии вращательного движения в нем путем увеличения амплитуды ведущего магнитного поля, последующее перемещение кольца под действием неоднородного магнитного поля, его преобразование в прямолинейный пучок под действием отклоняющего азимутально-неоднородного поля, и вывод через область, экранированную от магнитного поля, о -т л и ч а ю„„SU.„1266452 шийся тем, что, с целью повышения плотности пучка, отклоняющее аэимутально-неоднородное поле возбуждают импульсно в виде первой азимутальной гармоники,при этом возбуждение этого поля осуществляют в момент обращения показателя спада ведущего магнитного поля в ноль.

2. Устройство формирования сильточных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапаэона, содержащее линейный индукционнь|й ускоритель, на выходе которого установлены аксилльно-симметричные катушки -и магнитоэкранированный канал, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения плотности пучка, в него введен подключенный к импульсному источнику питания магнитный манипулятор, выполненный в виде плоского секционированного витка, ocb которого смещена от оск аксиапьно-симметричных магнитных катушек, при этом число секций в витке не меньше трех, каждая из них соединена с импульсным источником питания коаксиальной линией передачи, все линии передачи имеют равную длину, их выходы .через секции витка соединены последовательно, а подключенные к импульсному источнику питания входы соединены параллельно, и плоскость расположения витка манипулятора совмещена с плоскостью расположения магнитоэкранированного канала.

1266452

Изобретение относится к ускорительной технике, т» может быть исгользовало для генерацт»и иипульсных излучент»й (например, сверхвысоких частот, потоков нейтронов и т.д.) пучками заряженных частиц, а та»оке для излучения свойств, например, твердого тела при воздействии на него сгустками,энергий субнаносекундного диапазона. 10

Целью изобретения является повышение плот»»ости .пучт»а после заверше ния вывода путем формирования плотного кольцевого сгустка с последующии преобразованием его в короткий И прямолинейный пучок электронов.

На фиг. 1 дана схеиа преобразования кольцевого сгустка в прямолинейный,и приведены наиболее существенные части устройства для форииро" 20 вания пучка; на фиг. 2 - схема магнитного манипулятора с импульсным источником питания. устройство содержит пару катушек последней ступени сжатия магнитной

:. системы, фориирующей.ведущее магнит ное поле, виток 2 манипулятора, магнитоэкранированный канал 3, мишень 4, датчик 5 положения электронного кольца, импульсный источник б . щ питания магнитоэкраиированного канала, импульсный источник 7 питания витка манипулятора, импульсный формирот»атель 8 стартовых сигналов, фидер 9 связи датчика -положения с

35 импульсным формирователем 8 стартовых сигналов, фидер 10 связи форьп»рователя стартовых сигналов с импульсным источником б питания магнитоэкраиированного канала, фидер il связи импульсного формирователя стартовых сигналов с импульсным источе»!» ком 7 питания витка манипулятора т фидер !2 связи источника питания с витком 2 манипулятора фидер 13 свяУ 45 зи источника пита»»!»я с иагцитоэкранироваиныи каналом 3.

Датчик 5.положения настроен так„ чтобы ттрн появлетп»и кольца в .поле его зрения возникал электрическ»»й gg сигнал на его выходе. Вьп од датчика

5 .соедийен с входом.фориирователя 8 стартовых сигналов при помощ!» фи дера 9 связи. Формирователь 8 сгартовых сигналов имеет два независи-. жх канала с включен!»ыии в иик блоками временной задержки. Выходы .формирователя 8 стартовых сигналов соединены с входами импульсных источников питания 6 и 7 через. соответствующие фидеры 1О и ll. Датчит»

5, формироватептт 8 и фндеры 9-11 образуют систему синхронизации.

Источники 6 и 7 через фидеры

l2 »» 13 соединены соответственно с . магнитоэкранивоват»ным каналом 3 и виткои манипулятора 2. Фидер 12 образован из отрезков линий передачи

К; одинаковой длины. С одного конца линии передачи F. соединены па1 раллельно и подключены к выходу импульсного источника питания 7, а с другого через места М соединен»»я линии передачи и дуги витка соединены последовательно и образуют секционированный виток 2.

Виток 2 манипулятора расположен под входным отверстием (т.е. септуHoM) магнитоэкраиированного канала 3 и ассиметрично относительно оси катушек. Величина полярного угла геометрического центра окружности витка манипулятора зависит от многих факторов: относительной точности установки катушек системы сжатия, точности установки вакуумной камеры относительно катушек магнитиой систеиы сжатия и т.д, Обычно его подб!»рают в процессе настройки системы по максимальному эффекту на выходе (по мишени).

Пунктирными линиями»» а фи г . показана траектория движения кольцевого счетчика электронов вдоль оси Z.

В конце сжатия путем шунтирова»п»я тока в ближайшей к магнитоэкранированному каналу катушке последней ступени сжатия смещают магнитную яиу, удерживающую кольцо в направлении 0Z. Прн аксиальном перемещении магHHTHGH ямы кольцо подводят к витку манипулятора 2 под септуи магнитоэкранированного канала

3. К этому моменту показатель спада ведущего магнитного поля обращается в нуль> что достигается путеи выбора момента времени шунтировки последней ступени сжатия и величины тока в катушках. Затеи с помощью системы синхронизации и импульсного

7 источника питания включают r-oê в внтке манипулятора. Магнитное поле витка локально искажает ведущее магнитное поле. Причем «ыс452

0,4

19

8 10

45 о1 . ьВ

2 В

3 1266 шие азимутальные гармоники пбданляются sa счет того, что геометрическая протяженность дуги Ю; витка по крайней мере на порядок больше геометрической протяженности места ее подсоединения М к линии питания.

Электроны кольца s основном полу-, чают импульс н радиальном направлении. Амплитуда радиальных колебаний электронов в кольце быстро íà-: 1О растает, кольцо раэрынается, и электроны забрасываются .в магнйтоэкранированный канал 3. Через него пучок дрейфует к мишени 4. Таким образом, кольцевая форма пучка транс- 5 формируется в линейную.

В качестве примера реализации данного способа рассмотрим устройство со следующими параметрами:

Pадиус электронного 20 кольца, см 4,0

P аэ мер малоro поперечного сечения коль- . ца, см

Количество электро-. 25 нов в кольце, шт энергия азикутального движения, МэВ 17

Относительная (к скорости света С)

30 скорость перемещения магнитной ямы в конце

-5 сжатия "- l 0

Иэ конструктивных соображений необходимая величина отклонения кольца в радиальном направлении

А составляет 1,0 см. Относительную величину аксиальной составляющей инжекции магнитного поля от витка манипулятора ьВ/В примем 1ОХ. Это соответствует амплитуде индукции магнитного поля, созданного витком, около О,!4 Тл. Скооость нарастания амплитуды радиальных колебаний про. порциональна

9 где о,= 7,5 .10 1/с - круговая частота обращения электронов 50 в кольце;

5 = 0 5 см - начальная величина эксцентриситета (смещение

4 мгноненной орбиты относительно круговой).

Следовательно, примерно за время

t 5 нс амплитуда нарастает до требуемой величины, т.е. сгусток может быть нзаброшенным в магнитоэкранированный канал. Оценки показывают, что требованИя на длительность фронта и на величину тока s витке манипулятора довольно жесткие (длительность фронта и (1-2) неличина тока в витке I "-2 кА), но технически реам лизуемы.

Величина магнитнэй индукции ве-. дущего магнитного поня. в конце этапа сжатия составляет 1,4 Тл, и поэтому применение магнитных материалов для изготовления магннтоэкранированного канала нецелесообразно. Выполнить канал можно по типу инфлектора коллективного ускорителя тяжелых ионов.

Отличается от него канал только геометрическими раэмерами.

Таким образом, плотный кольцевой сгусток электронов преобразуют в линейный за счет возбуждения в области под выводным каналом целого резонанса, причем возбуждение происходит ударно за единицы наносекунд.

Кольцевая форма пучка, трансформи- 1 руясь в спиральную, попадает в магнитоэкранированный канал и преобразуется в линейную. Длительность выведенного пучка составляет (0,8-1,0) нс, а радиус поперечного сечения соответственно 0 4 см. На мишени параметры пучка следующие: энергия, мэВ м 17

Амплитуда тока в импульсе, кА 1-2

Длительность тока, нм 0,8-!

Такой сгусток удобнее (по сравнению с кольцом) транспортировать на мишень. Для рассматриваемых параметров уменьшение поперечных размеров на мишени по сравнению с базовым объектом (прототипом) очевидно и составляет величину порядка отношения диаметра кольца до преобразования формы к малому поперечному его сечению. В рассмотренном случае оно составляет 20 раз.

3266452

Составитель В. Краснопольский

Редактор А. Куприянова Техреп Л.Сердюкова Корректор Т. Копб аказ 3333,j . Тираж ббб; Подписное

ВНКИПИ Государственного коиитета СССР по делам.изобретений и открытий

1)3035,. Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Пронзводственнопопнграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4