Изохронный циклотрон

 

Изобретение относится к ycKoptr- . тельной технике. Цель - повьппение КПД, Существо изобретения заключается во введении в центральную часть цикло1 Изобретение относится к области ускорителей заряженных частиц, в частности к ускорению и изохронном циклотроне протонов, дейтонов, отрицательных ионов различных элементов до энергий в несколько десятков МэВ Цель изобретения - повышение КПД изохронного циклотрона, одновременного ускорения и вывода положительных и отрицательных ионов одного и того же элемента На чертеже схематично изображена ускоряющая система циклотрона, поперечное сечение. трона дополнительного источника ионов противоположного знака заряда по отношению к ионам из основного источника . При этом оба источника располагаются на одинаковом расстоя ши от центра, сдвинуты по азимуту относительно: друг друга на 180° и повернуты по азимуту на угол с arcsin 1,25 , где W к - максимальная энергия ускоряемых положительных и отрицательных ионов, зВ; максимальный набор энергии ионами за один оборот, эВ; А. к Z - соответственно приведенная атомная масса и заряд ускоряемых ионов. Кроме того, центральной части кромки дуанта при- g дана S-образная форма. Такое конструктивное выполнение циклотрона позволяет в нем одновременно ускорять положительные и отрицательные ионы, например протоны и ионы Н , что повьшает КПД ускорителя почти в два раза. 1 ил. Система включает мишень и электростатический дефлектор для вывода обоих пучков положительных и отрицательных ионов, дуант 1, центральная часть кромки которого имеет S-образную форму, два источника 2 и 3 ионов соответственно для протонов и для Н ионов В области вывода установлены перезарядная мишень 4 и электростатический дефлектор 5, отрицательные ионы и протоны, двигаясь соответственно по траектории 6 и 7, выводятся из циклотрона через выводные каналы 8 и 9. сл 4ib ел ч 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„3457180 А1 (51)4 Н 05 Н 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ИЗОХРОННЫИ ЦИКЛОТРОН

Система включает мишень и электростатический дефлектор для вывода обоих пучков положительных и отрицательных ионов, дуант 1, центральная часть кромки которого имеет S-образную форму, два источника 2 и 3 ионов соответственно для протонов и для Н ионов. В области вывода установлены перезарядная мишень 4 и электростатический дефлектор 5, отрицательные ионы и протоны, двигаясь соответственно по траектории 6 и 7, выводятся из циклотрона через выводные каналы 8 и 9.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4253185/24-21 (22) 31. 03. 87 (46) 07.02. 89. Бюл. 1п 5 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) В.П.Дмитриевский, В.В.Кольга (SV), Ле Киен Тхань (7М) и Зденек

Трейбал (CS) (53) 621.384.6 (088.8) (56) Ливингуд Дж. Принципы работы циклических ускорителей.-И.: Иностр. лит-ра, 1963, с.309.

Аленицкий И.Г. и др. Труды пятого

Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. — M. Наука, 1977, т. 1, с. 154. (57) Изобретение относится к ускорительной технике. Цель — повьппение

КПД. Существо изобретения заключается во введении в центральную часть цикло1

Изобретение относится к области ускорителей заряженных частиц, в частности к ускорению и изохронном циклотроне протонов, дейтонов, отрицательных ионов различных элементов . до энергий в несколько десятков ИэВ.

Цель изобретения — повышение КПД изохронного циклотрона, одновременного ускорения и вывода положительных и отрицательных ионов одного и того же элемента.

На чертеже схематично изображена ускоряющая система циклотрона, поперечное сечение. трона дополнительного источника ионов противоположного знака заряда по отношению к ионам из основного источника. При этом оба источника располагаются на одинаковом расстоянии от центра, сдвинуты по азимуту относительно. друг друга на 180 и повернуты по азимуту на угол 0(=arcsin 1,25 т

<10 11„/Z-А.dW„„,, где W „— максимальная энергия ускоряемых положительHblx H отрицательных HQHQB зВ; А Мма„,— максимальный набор энергии ионами за один оборот, эВ; А и Z — - соответственно приведенная атомная масса и заряд ускоряемых ионов. Кроме того, центральной части кромки дуанта ппи- Я дана S-образная форма. Такое конструктивное выполнение циклотрона позволяет в нем одновременно ускорять положительные и отрицательные ионы, например протоны и ионы Н, что повьппает К1Щ ускорителя почти в два раза. 1 ил. Ми

% радиусов орбит ионов на первом и втором полуоборотах, т.е. Уг r -r 22 ирА2., где г —

Э е6, (2 р АЕ рр

rq = — — — — ——

° е (3, 10

20 где V — ускоряющее напряжение на

Ф дуанте, В.

Для циклотрона У-120М при ускорении протонов и Н ионов (A=1; V > =

=40 кВ; р, = 1,7 Тл), 0,78 см.

В существующих в изохронных циклотронах ионных источниках с накаленным катодом, создающих пучки протонов и Н ионов, диаметр разрядной камеры в медианной плоскости не превышает

10-12 мм.

ЗБФо р мул а

I

Таким образом, пучок протонов проходит перезарядную мишень, лишь нез начи тель но изме няя свои хар актеристики, и при дальнейшем ускорении достигает электростатического дефлектора 5. С помощью дефлектора примерно 50-70 протонного пучка выводится во второй канал 9 внешнего пучка. Для обеспечения обхода на первом полуобороте разрядной камеры вто- 50 рого источника ионами, выходящими из разрядной камеры первого источника: и наоборот, необходимо, чтобы радиус разрядной камеры не превышал некотоРого значения, котоРое определяется характерными параметрами изохронного циклотрона. Как видно из чертежа. Радиус разрядной камеры каждого из источников не должен превышать разность з 145

Изохронный циклотрон работает следующим образом.

Н ионы извлекаются положительной полуволной электрического поля дуанта из источника 3 и, двигаясь по траектории 6, обходят источник 2, ускоряются за счет высокочастотного напряжения на дуанте до конечной энергии, например 40 МэВ, достигая перезарядной мишени 4, которая представляет собой пленку из графита или углеродосодержащего материала толщиной 2—

5 мкм и протяженностью вдоль радиуса несколько миллиметров.

Пройдя такой слой углерода все

Н" ионы за одно прохождение теряют оба электрона и превращаются в протоны, которые отклоняются магнитным полем циклотрона и направляются в . канал 8 внешнего пучка.

Протоны извлекаются отрицательной полуволной электрического поля дуанта из источника 2 и, двигаясь по траектории 7, обходят источник 3 и также ускоряются до энергии 40 мэВ.

Достигнув перезарядной мишени 4, пучок протонов проходит ее без изменения заряда. При величине высокочастотного напряжения на дуанте 40—

50 кВ протоны проходят перезарядную мишень в течение 2-3 об. Ионизационные потери протонного пучка составляют 5-15 кэВ за одно прохождение. мишени, а многократное рассеяние протонов в мишени в течение 2-3 об. приводит к увеличению амплитуд свободных колебаний протонного пучка не ., более, чем на 10Х.

W» W > — кинетическая энергия ионов на первом и втором полуоборотах, эВ; е и К - заряд, К и энергия покоя, эВ, протона;

А — атомный вес иона; в — магнитное поле в центре циклотрона, Тл.

После некоторых преобразований по ЧАЕ ор еЧр (72-1 ) лучим

t ,У

ЕР2 из обретения

Изохронный циклотрон, содержащий магнитную систему, ускоряющую систему, включающую дуант и ионный источник, и систему вывода, включающую электростатический дефлектор, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД циклотрона путем одновременного ускорения и вывода двух пучков противоположно заряженных ио-.. нов одного и того же элемента при максимальной энергии обоих пучков, в центральной части циклотрона дополнительно установлен второй ионный источник, расположенный на таком же расстоянии от центра магнита, что и основной источник, но сдвинутый по азимуту относительно него на 180, при этом оба источника повернуты по азимуту на угол Ы, выбранный из условия

-Я Ик с = aresin 1 25 10

ы 1 мыкс где 1 к

А и Z — - приведенная атомная масса и заряд ускоряемых ионов соответственно, а централь- 10 ная часть кромки дуанта выГ

Г г г

Составитель Е. Громов

Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Редактор А.Мотыль

Заказ 7564/58 Тираж 770 Подписное

ВНУШИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1457180 максимальная энергия ускоряемых положительных и от\ рицательных ионов, эВ; максимальный набор энергии ионами за один оборот, эВ;

6 полнена (имеет) .S-образную форму, при этом поперечный размер каждого из источников меньше разности радиусов орбит ионов на первом и втором полуоборотах, а на конечном радиусе циклотрона перед электрическим дефлектором установлена перезарядная мишень.