Криволинейный канал транспортировки пучков заряженных частиц

 

Изобретение относится к области ускорительной техники. Криволинейный канал транспортировки пучков заряженных частиц в вертикальном заворачивающем магнитном поле содержит участки равной длины с продольным магнитным полем одинаковой величины, количество которых кратно четырем, а длина L каждого участка выбрана согласно выражению: L=φ<SP POS="POST">.</SP>V(2K+1)/(Ω<SB POS="POST">1C</SB> - Ω<SB POS="POST">2C</SB>), где Ω<SB POS="POST">1C</SB> и Ω<SB POS="POST">2C</SB> - частоты когерентных поперечных колебаний пучка

V - скорость пучка

K= 0,1,2... - ЦЕЛОЕ НЕОТРИЦАТЕЛЬНОЕ ЧИСЛО. НАпРАВлЕНия иНдуКции учАСТКОВ пОпАРНО пРОТиВОпОлОжНы HA СОСЕдНиХ учАСТКАХ. ПРи РАбОТЕ уСТРОйСТВА B пРОцЕССЕ ТРАНСпОРТиРОВКи пучКА пРОиСХОдиТ пОлНАя КОМпЕНСАция КОгЕРЕНТНОгО дРЕйфА пучКА HA учАСТКАХ C пРОТиВОпОлОжНыМи НАпРАВлЕНияМи иНдуКции пРОдОльНОгО пОля. ПРи ТРАНСпОРТиРОВКЕ СлАбОТОчНОгО пучКА пРОиСХОдиТ КОМпЕНСАция KAK КОгЕРЕНТНОгО, TAK и НЕКОгЕРЕНТНОгО дРЕйфОВ чАСТиц. УМЕНьшАюТСя MACCO-гАбАРиТНыЕ ХАРАКТЕРиСТиКи МАгНиТОВ зА СчЕТ уВЕличЕНия АХРОМАТизМА и уМЕНьшЕНия КОгЕРЕНТНыХ пОпЕРЕчНыХ ОТКлОНЕНий пучКА. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

своз соВетских социАлистичесних

РЕСГ1УЬЛИН

q P. J 0éué

1, А

ГОсудАРстВенный НОмитет по изоьРетениям и отнРытинм г1РИ гкнт сссР

1 (21) 4124922/24-21, 4124917/24-21 (22) 29. 09.86 (46) 30.10.89. Бюл, В 40 (72) N..È. Капчинский, И Л. Коренев и Л.А. Рогинский (53) 621 384. 6(088,8) (56) Патент США Р 4392111, кл. 328-237, 1986.

Hughes Т.P. Godfrey В.В. Equilibrium and Stability properties of the

solenoidal lens betatron — IEEK

Transgations on Nuclear Science, 1985ь v. NS 32 Ф 5ь p° . 2498 2500 (54) КРИВОЛИНЕИНЬП4 КАНАЛ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к области ускорительной техники, Криволинейный канал транспортировки пучков .заряженных частиц в вертикальном заворачивающем магнитном поле содержит участки равной длины с продольным магнитным полем одинаковой величины, колиИзобретение относится к- области ускорительной техники, в частности к проектированию и конструированию циклических ускорителей и криволинейных транспортных качалов с использованием вертикального заворачивающего и продольного фокусирующего магнитных полей, Изобретение может быть использовано при создании криволинейных транспортных каналов для интенсивных пучков заряженных частиц с мальки апертурами.

Цель изобретения — уменьшение массогабаритных характеристик магнитов (5L> 4 Н 05 Н 7РОО l3/I 0 чество которых кратна. четырем, а длина L каждого участка выбрана согласно выраженно: L= Гv(2Ê+1) /(w, - и.„) ., где H,c H w - астоты i oãeðeêãíûõ поперечных колебаний пучка; ъ — скорость пучка; К = О, 1, 2... - целое неотрицательное число. Направления индукции участков гопарно противоположны на соседних участках, При работе устройства в процессе транспортировки пучка происходит полная компенсация когерентности дрейфа пучка на участках с противоположными на-.. правлениями индукции продольного поля. При транспортировке слаботочного пучка происходит компенсация как

40 когерентного так и некогерентного

Э

1 дрейфов частиц. Уменьшаются массогабаритные характеристики магнитов за счет увеличения ахроматизма и уменьшения когерентных поперечных отклонений пучка. 1 з,п. ф-лы, l ил, за счет увеличения ахроматизма и уменьшения когерентных поперечных отклонений пучка, а в случае слабого тока пучка — уменьшения как когерентных, так и некогерентных поперечных отклонений.

На чертеже схематически изображен канал транспортировки, Блоки 1 и 2 представляют собой участки заворачивающих магнитов, в которых направления индукции продольного фокусирующего магнитного поля противоположны. Направления индукции показаны стрелками.

1450720

Я ?

+w ) °

ы ч(— +

1с 2 а ч(—5l

2с я

+g ) (3) При слабом токе пучка частоты поперечных колебаний ы, и ыг также описываются формулами (2, 3) в которых нужно положить ur,„=w „=0; уравРаботу устройства удобно пояснить следующим образом, Уравнения движения центра инерции пучка в транспортном канале с продольным фокусирующим и вертикаль5 ным заворачивающим магнитными полями имеют следующий вид:

d х 2 dv К dE

+ +51 (1) 10 — + w у-Я вЂ” 0

ds

dz — +Кх = 0 (18 — = const.

?1E 55

Е

Здесь х, у — поперечные отклонения центра инерции пучка от оси канала; z — продольное отклонение от положения равновесной частицы, которая движется по оси канала с дЕ=О;

s — - длина дуги по оси канала, выбранная в качестве независимой переменной; К = 1/R — кривизна канала; R— радиус кривизны; p=v/c, v — скорость 25 пучка; с — скорость света, < х -К (1 п) ?>сх"

2 ?

К и wñ å (2)

n — показатель спада поперечного за.ворачивающего магнитного поля Я = а, =-еВ,/рше; В, — фокусирующее магнитное поле; .m и е — масса покоя и заряд частиц; - релятивисткий фактор; ?1Е/Š— относительное отклонение средней энергии частиц от равновесного значения E. Параметры cd „и о?

35 полностью определяются собственными полями пучка, отраженными от стенок вакуумной камеры и полюсов заворачивающих магнитов. В случае слаботочного.ïó÷ês эти параметры пренебрежимо малы. В отсутствие ускорения коэффициенты системы линейных дифференциальных уравнений (1) остаются постоянными. Данная система уравнений опи- 45 сывает когерентное колебательное движение частиц; поперечные колебания происходят с двумя частотами w u

1С сд равными, например, в случае симметричной фокусировки (?? +uP;

1 нения (1) описывают движение частиц пучка, Систему уравнений движения (1), справедливую на участке траектории, лежащей во внутренней части магнита, где продольное фокусирующее попе однородно, следует дополнить уравнениями, описывающими движение частиц на стыках соленоидов в области неоднородного продольного поля. Применяемый обычно простейший способ моделирования неоднородности поля — аппроксимация его скачкообразным изменением величины индукции поля от нулевого значения вне соленоида до значения В ? внутри соленоида, Проведенный в такой модели расчет динамики частиц в криволинейном транспортном канале, состоящем иэ периодически повторяющихся пар магнитов с одинаковыми по величи-. не, но противоположными по направлению индукциями продольного фокусирующего поля, показывает, что множители, описывающие зависимости поперечных отклонений х и у пучка на выходе из канала от начального разброса по энергиям (ЬЕ/Е ) пропорциональны величине г PdwL

2 вхп 2 а поперечных скоростей dz/ds и dy/dsвеличине

Рй(а>1, sin —.

2 где Ь - длина каждого магнита; Ьи3= (w, - «) /v," для случая слаботоч ного пучка йю=(и?,-Ш ) /v; P — число периодов канала, и в общем случае они не равны нулю, т.е. канал не обладает ахроматическими свойствами.

Изобретение представляет собой криволинейный транспортный канал в вертикальном заворачивающем магнитном поле, содержащий участки равной длины.с продольным магнитным полем одинаковой величины, направления индукции которого попарно противоположны на соседних участках, причем общее число участков сделано кратным четырем, а длина каждого участка выбрана согласно выражению

L (2К+1), ? с - гс

1450720 6

Формула изобретепия

f(Ь = — — — — (2K+I)

ld -(d

1с 2С

И1™1 где К=О, 1, 2, ° .. — целое неотрица- тельное число. В случае слаботочного пучка величина L выбрана соглас.но выражению

L (2К+1) .

,у,, - й>

При работе устройства в процессе транспортировки пучка через такой криволинейный канал происходит полная компенсация когерентного дрейфа пучка на участках с противоположными направлениями индукции продольного поля. При транспортировке слаботочного пучка происходит компенсация, как 15 когерентного, так и некогерентного дрейфов частиц. Математически это выражается в том, что величина

1ы1. (2К 1)ю

20 так что знаменатель в выражениях (4) и (5) становится по абсолютной величине равным единице,.а числитель при четном числе периодов структуры (когда общее число участков кратно четырем) обращается в ноль. В идеале такой канал транспортировки являет- ся полностью ахроматическим.

Таким образом, удается существен- 30 но уменьшить благодаря ахроматизму когерентные.поперечные отклонения частиц пучка (в слаботочиом пучке также и некогерентные поперечные отклонения ) и, как следствие, снизить диаметр вакуумной камеры и размеры, массу и стоимость заворачивающих магнитов и фокусирующйх соленоидов.

1. Криволинейный канал транспортировки пучков заряженных частиц в вер- тикальном заворачивающем магнитном поле, содержащий участки равной дли" ны с продольным магнитным полем одинаковой величины, направления индукupm которого попарно противоположны на соседних участках, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью уменьшения массогабаритных характеристик магнитов sa счет увеличения ахроматизма и уменьшения когерентных поперечных отклонений пучка, общее число участков сделано кратным четырем, а длина каждого участка выбрана согласно выражению где Ь - длина участка (м); ы„и со „частоты когерентных поперечных колебаний пучка. (1/c) v — скорость пучка (м/с); К = О, 1, 2,... - целое неотрицательное число, 2. Канал по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью дополнительного уменьшения его массогабаритных характеристик при транспортировке слаботочного пучка, величина L выбрана согласно выражению где ю и <и частоты поперечных колебаний частиц (1/с).

14507 20

Составитель Е, Громов

Редактрр Т.Юрчикова Техред И.Иоргентал

Корректор Э.Лончакова

Заказ 8029 Тираж 771 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101