Устройство для пространственного деления пучка ускоренных частиц

 

Изобретение относится к области ускорительной техники. Устройство для прост ранственного деления пучка (П) ускоренных частиц содержит разводящий магнит с рабочими каналами и узел предварительного разделения П в виде дублета магнит ных квадрупольных линз, каждая из которых имеет следующее строение: четыре катушки 4 возбуждения помещены в железное ярмо 5, в двух противоположных полюсах 6 имеется пара сквозных вдоль оси линз и вытянутых в радиальном направлении прорезей 7, каждая из которых отделена от межполюсиого зазора 8 перегородкой 9 в виде двух клиньев из железа, направленных навстречу друг дру1 у вершинами . Повышается энергия делимого П за счет увеличения градиента полей, отклоняющих П в поперечном нагвравлении. 5 ил ч to о ;0 «л INS (Puz.la

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1409112.(51) Н 05 Н 7 Г4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (4Ь) 15. 12. 90. Бил. У 4Ь (21) 4119060/24-21 (22) 23.06.86 (72) В. Г. Заручейский, В. П. Карташев, В. И. Котов и Ф. Н. Новоскольцев (53) 621.384,6 (088.8) (56) А. Бенфорд. Транспортировка пучков заряженных частиц. М,: Атом издат, 1969, с. 172.

R. А. Andreuz, Е. 1. Bleser, С. Н. Rode.

The NAL beam splitting system, 1ЕЕЕ Trans.

on nuclear science, NS-20, 3, р. 428 — 433, ! 973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ДЕЛЕНИЯ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к области ускорительной техники. Устройство для пространственного деления пучка (П ) ускоренных частиц содержит разводящий магнит с рабочими каналами и узел предварительного разделения П в виде дублета магнитных квадрупольных линз, каждая из которых имеет следующее строение: четыре катушки 4 возбуждения помещены в железное ярмо 5, в двух противоположных полюсах 6 имеется пара сквозных вдоль оси линз и вытянутых в радиальном направлении прорезей 7, каждая из которых отделена от межполюсного зазора 8 перегородкой 9 в виде двух клиньев из железа, направленных навстречу дру дру у вершинами. Повышается энергия делимого П за счет увеличения градиента полей, отклоняющих П в поперечном направлении. 5 ил.

14091

Изобретение отн<>.ится к ускорительной тс хинке н может быть использовано при разработке каналов транспортировки частиц в нь<ходных устройствах ускорителей на высокис энергии. кельн> изобретения является уменьшение габаритон устройства и повышение энергии делимого пучка путем увеличения в узле предварительного разделения градиента полей, отклоняющих пучок в поперечном наи ра влени и.

На фиг. дана общая схема устройства; на фиг. 2 а, 6, в, 3, 4, 5 конструкция его отдельных узлов.

У<.тройство содержиr узел предварительного разделения пучка, выполненный в виде дублета магнитных квадрупольных линз I, и разводящий магнит 2 с обмотками возбуждения 3, выполненный в виде магнита

Ламбертсона. Сплошным черным фоном показан ленточный пучок, наводимый на квадрупольный дублет. После прохождения дублета пучок делится на три части.

На фиг. 2 схематически изображено поперечное сечение магнитной квадрупольной линзы 1. Четыре катушки 4 возбуждения помещены в железное ярмо 5, а в двух противоположных полюсах 6 имеются два сквозных отверстия 7, отделенных от межполюсного зазора 8 тонкими железными перегородками 9. а — угол наклона клина железной перегородки 9 относительно касательной к полюсному наконечнику 10 в точке схождения отверстиями двух клиньев перегородки 9. R — радиус рабочей области зазора 8. Для наглядности показан также ход силовых линий магнитного поля в одной из четвертей квадрупольной линзы 1.

На фиг. 3 схематически изображено поперечное сечение магнита Ламбертсона 2, имеющего железное ярмо 11, одно сквозное круглое отверстие-прорезь 12, отделенное тонкими перегородками 3 от двух зазоров 14 с полями разного знака.

В магнитной квадрупольной линзе 1 размеры и форма сквозных отверстий 7 определяются вертикальными и горизонтальными размерами протонного пучка на делящем устройстве. Толщина железной перегородки

9, а точнее угол а, определяется противоречивыми требованиями: при нулевом поле в отверстии 7 иметь максимальный градиент поля G в рабочей области зазора 8 и минимальные потери протонов на самой перегородке 9 при делении протонного пучка на три части. Поскольку полюса б проводят не только центральный магнитный поток, выходящий из зазора 8, но и боковой поток, выходящий из катушек 4 возбуждения, то ширина полюса 6 должна возрастать от полюсного наконечника 10 к краю железного ярма 5. Поэтому поперечное сечение катушек 4 выполнено в виле узкого вытя>lóToã<> прямоугольника. В этом случае максимальная величина градиента поля G в зазо10

12 г ре 8 определяется насып<еннем железа вблизи полюсного наконечника IO.

Пусть В, В и В<, --- индукция магнитного поля соотв< тственно в железной перегородке 9, на краю рабочей области зазора 8 непосредственно под перегородкой 9 и в отверстии 7; I> -- относительная магнитная проницаемость железа при данной

В . Тогда, если при повышении индукции магнитного поля В не доводить железо в перегородке 9 до насыщения и остановиться на максимальной величине В м- с соответствующим значением @=200 — 250, то магнитное поле в зазоре 8 остается квадрупольным, а градиент поля G в зазоре 8 и индукция поля Во в отверстии 7 имеют значения:

Ва макс

G= si nn;

B<>= — — ° Вж макс — P

Р (2) Видно, что при увеличении угла а увеличиваются как градиент поля G, так и площадь клина железной перегородки 9, пропорциональная также sina, а с нею и потери протонного пучка при делении. Проведенные на ЭВМ расчеты магнитного поля в квадрупольной линзе 1 предложенной системы деления, а также оптимизация размеров и формы железной перегородки 9 полностью подтвердили правильность выражений (1) и (2), т. е., другими словами, показали возможность иметь в зазоре 8 чистое квадрупольное поле с соответствующим градиентом 6 и при этом практически не иметь поля в отверстиях 7.

Устройство работает следующим образом.

Протонный пучок, имеющий перед узлом разделения форму вытянутого в вертикаль. ном направлении шнура с малыми поперечными размерами, наводится на узел разделения так, чтобы боковые части пучка попали в отверстия 7 магнитной квадрупольной линзы 1, иэ дублета которых он состоит.

Тогда центральная часть протонного пучка фокусируется дублетом, а боковые части пучка проходят через отверстия 7 в линзах не отклоняясь. Повышая величину градиента G в зазоре 8 квадрупольной линзы 1, можно уменьшить или общую длину узла разделения, или расстояние от него до разводящего магнита 2, т. е. уменьшить длину всей системы деления. Разведение в горизонтальной плоскости на большие углы трех разделенных частей протонного пучка осуществляется магнитом Ламбертсона 2, который расположен после узла разделения на таком расстоянии, когда пространственное разделение центральной сфокусированной части протонного пучка и боковых невозмущенных частей пучка достигнет нескольких миллиметров, что определяется толщиной перегородок 13, отделяющих круглое сквозное от14001

3 верстие 12 от двух зазоров 14 с полями разного знака. В магните Ламбертсона 2 центральная сфокусированная часть протонного пучка проходит сквозное отверстие-прорезь

12, не отклоняясь, а боковые невозмущенные части пучка, попадающие в зазоры 14, отклоняются в горизонтальной плоскости в противоположные стороны, причем угол поворота прямо пропорционален как длине магнита Ламбертсона 2, так и величине поля в зазорах 14. Если в магнитной квадру- 10 польной линзе I угол а выбрать равным

40, то при соответствующих размерах протонного пучка на узле разделения потери протонов при делении на три части составляют ту же величину, что и в прототипе.

Так как в отличие от прототипа данное устройство основано на магнитных элементах и разделяет протонный пучок сразу на три части, то по сравнению с прототипом при делении протонного пучка той же энергии и одинаковом магните Ламбертсона можно уменьшить общую длину устройства. Это достигается за счет того, что может быть уменьшена или длина узла разделения примерно в три раза, или расстояние между узлом и разводящим магнитом 2 также примерно в три раза. Если не увеличивать длину узла и расстояние между ним и

12

4 магнитом Ламбертсона 2, то ланч -. .. гройство может делить протонный пучок примерно в три раза большей энергии, чем прототип. Наиболее полно преимущесгва предложенной системы деления проявляются при делении протонного пучка высокой энергии (более 1ОООГэВ). При необходимости данное устройство можно использовать для деления протонного пучка только нз две части.

Формула изобретения

Устройство для пространственного деления пучка ускоренных частиц, содержащее узел предварительного разделения пучка и расположенный эа ними разводящий магнит с тремя рабочими каналами, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов устройства и повышения энергии делимого пучка, узел разделения пучка выполнен в виде дублета магнитных квадрупольных линз, при этом в двух противолежащих полюсах каждой иэ линз выполнена пара сквозных вдоль оси линз и вытянутых в радиальном направлении прорезей, каждая из которых отделена от межполюсного зазора линз перегородкой в виде двух направленных навстречу друг другу вершинами клиньев.

l409ll2

Фиг. 2Ь гг

Qg? .1

4tut 4

4тию S (и товитеоь В. Краснопольский

I с,гол г р Г Н)о ил но I t аурел И. Верес Корректор R. Гирняк

Злк тз 4334 Тл Р туг áá5

Р, ) till Ill !<и \ I tð и нн h tltг<1н (Л.!.I по аЕлнм изобретений и открытий

I, Н ), 11 о Лн i Ж 15, РауШСКая Наб,. д. 4/5

lIt «в .1 ° и í ll u It оф < л< t llðt янр RTllt, < Ужгорол, ул Проектная, 4