Линейный ускоритель ионов

 

Предлагаемое устройство относится к линейным ускорителям заряженных частиц и наиболее эффективно может быть использовано в качестве ускорителя-группирователя ионов. Цель - повышение эффективности группировки и ускорения. Ускоритель состоит из высокочастотной системы, содержащей два вибратора 1 и вакуумный корпус 2 с отверстиями 5,6 для пролета пучка, и магнитного ондулятора, выполненного в виде последовательности двухполюсных магнитов 7. ВЧ-система помещена между полюсами магнитов так, что плоскость, где расположены вибраторы, совпадает с плоскостью антисимметрии по магнитному полю ондулятора.4 ил.

1466626 магниты, неявнополюсные магниты дипольного типа (в том числе и сверхпроводящие), а также гибридная система, когда поле постоянного магнита дополняется и корректируется за счет электромагнитов. В по- 5 следних трех случаях к ондулятору подводят систему питания.

Ускоритель работает следующим образом.

Включают источник высокочастотной 10 мощности и возбуждают высокочастотную систему на частоте, при которой на вибраторах 1 высокочастотное напряжение находится в противофазе. При этом напряженность поперечного электрического полюса 15 оси высокочастотной системы меняется по следующему закону; 2лЕ е = ез sic (+p ) sos lsls, где Е — амплитуда электрического компонента волны;

Z — продольная координата;

il — длина волны; ро — фаза;

W — угловая частота. Поперечное магнитное поле ондулятора на оси имеет следующий вид:

В = Во сов 2ю) dZ о где амплитуда Во и период ilo могут меняться вдоль продольной координаты, Включают источник ионов и инжектируют ионы через отверстие 5 в высокочастотную систему, где под действием высокочастотного электрического поля волны. и магнитного д0 поля ондулятора частицы совершают быстрые поперечные колебания. Высокочастотное попе фокусирует частицы пучка в плоскости, где расположены вибраторы, и дефокусирует в перпендикулярном направ- 45 пении. Однако, если величина амплитуды магнитного поля ондулятора удовлетворяет условию:

В = Е,sic (+ ) (А>>Ла). ЕО

il, 2л2 где С вЂ” скорость света ввакууме,,то существует равновесная траектория и пучок фокусируется в поперечной плоскости. При выбранной конфигурации полей и при условии, при котором продольная скорость частиц Ч близка к величине Vg = С-у, Д. поперечное магнитное поле ондулятора переводит энергию поперечных колебаний пучка в энергию продольного движения. Ускоренные частицы выпускают из высокочастотной системы через отверстия 6, Прирост энергии на периоде ондулятора 4 равен

Лy — = А-.ф сов фь, (2)

ЛИ/ где АВф = — () в1п (-- — +p), в ЕВ 2 2 ггi C д =Р/(-i)

Z у- средняя за период ондулятора величина приведенной энергии частиц пучка, Таким образом, амплитуда эффективного ускоряющего поля комбинационной волны АВф на основном участке ускорения (О(Е< ) нарастает пропорционально

А

2 il. з1п (- -7+pp), что позволяет при соответствующем выборе закона изменения

L (Z ) обеспечить захват и ускорение большей части частиц несгруппирова ного пучка. При использовании вибраторов А /2 пучок может ускориться и при Z > Л/4. Однако, при этом АВф будет убывать, если расстояние между вибраторами {электродами) не меняв гся. А чтобы не произошло разгруппировки пучка, целесообразно длину электродов не делать больше 1= 3/8 it, выбрав соответствующим образом длину элементов крепления 3.

В качестве примера технической реализации рассмотрим ускорение протонного пучка с начальной энергией A, = 50 кэ8.

Будем рассматривать вариант ускорителя, изображенного ча фиг.1,2. Пусть il, = 2 м. В качестве вибраторов, имеющих длину - 0,5 м, возьмем цилиндрические медные электроды диаметром d=1,5 см, расположенные параллельно оси ВЧ-системы. Расстояние между осями вибраторов постоянно и равно

3 см, Максимальный поперечный размер корпуса равен 6 см. При мощности ВЧ-генератора р =400 кВт, максимальная величина мэВ электрического поля на оси Еь = 19

М

Выбрав амплитуду и период поля ондулятора в соответствии с формулой (1), получим одновременно и фокусировку и ускорение пучка, Качественный анализ динамики хорошо согласуется с тем, что дают результаты численного моделирования. В рассматривае1466626

}!

/ И

:вице* Г» //

+ мом случае из расчета динамики на ЭВМ получают следующие результаты: коэффициент захвата Кз = 90%, прирост энергии на длине L = 0,5 м - А/ }/ = 0,5 мэВ. Фазовый размер пучка на выходе Ар=65О, макси- 5 мальный размер апертуры канала 1,5 см, Заметим, чт0:-ффект В}-О!32ь гру.,пирояки t t yet(cpeH я мэх(} î ещо бал,=:, yBent.", -:Ить, ЕСЛ";:,Cã!OËBBO,-!Ят;.- ПОЛУВОЛНОВЫЕ

1 в/ брятарь., ряс:.-Оян} е ме;:(ду которыми на "(2, ча(! ке 0 <., l.а -. -/,, l .;,еняется так, О.::гс}}ечить апти .:я}}ьнь}Й эг;oн изме:.-}8;-:ия

Д !

:= Mf: "CKOP t4Èg 1!i;2>K }3 /ЭВЛИ4ИТЬ и ЗЯ с - T увеличенил: Я.. плит,;,3,1 В:- .Of,я..к

12редлягаем Зй канс2 рухции предР/1ьная нэпоях ен toc2". 00/tg (/дет 60: ьшой, так KBK

862!(и и пг, -.e -,x}40ÑTË oпаводник}3В Be (, Ор-i э."ектри -!8ско; О и ) пал}1 и маГ}!итнОГО паля 2(/

oHдулят0 j я аэяи -чоаатогоняльны, ТЯК./.:: Обга-„-.., же из приведеннсга примера Вид}}с. Н}= = предл;-}гаемо}/1 ускериТе/te /дается ри;-1изl(0t/t =-.H80Ãèt/t инжекции 25

rtn/tУЧ1/iTb ) Vi3K-rit/t K 2ИЧИ} Е (ОЭ(В !ИЦИР14 Г

Э ах В:., а -! Я Ст И Ц 18 ; "P" i l t t!/t P O B B Ht H O f c Г! /Ч К Я, .С}18ЦИ; Ь . 0}2ОШ".- 1 ГР "}2. :,: 0 :;ВК - .-:Я ВЫХОГ...

Ве УСК(",Р/ -ВЛЯ Ка 2(фИаиент ГО!/Г1ПИООВКИ

Kl o "= 6) И ЯЫС к::.й2 теМП:1ааара ЗНЕОГИИ З0 мBВ/ "., /ТО 11. ..мчt. 0 псевышяет р8зуль--"«ты., кагор ь}8 - " к" (2 ".! Ол нить В ускорителепаэто ",пе, -де. к;. ;:-оказывают Оясче-,ы, /2r г,;,"., -.,-tt/ ;-: : =.:.:.ГО >(Е т:,М "B HB60f!B ЭНерГил Hect xcf,t/tt 3 ма;ц:-,Ост. питан ля, Вели- 35

Вал 88 et HB,3-!а 0 ООЯ ДКЯ П О!ИЧЕ»/t

ЛФ . З ».!РЕЕЕй»

«

\

1 каэффициен Гы захвата и группировка будут меньше. чем в предложенном ускорителе.

С другой стороны B рассматриваемом ускорителе по сравнению с лучшими аналогами в классе vloHHbtx ускорителей с низкой энергией инжекции и с большим коэффициЕНТОМ :".X. "... 2 8 . П Ус,t t"!-:Н(! МажНО УВВЛИ-. чить по tTi, -;Ва .= Яя, =- па::ергчнь.:и размер

B =!t30!(0÷BcToт:4;." è -":;,=, сделать горазда мен iee и, :«0(1, 1; Г/ерГ рР. !»Я}4 зла. Кра (в " " 1" 2я ЦГ2 а 4Р

,t/(»y(t40 0(2Я-} ";-, 0 Н !..} ТОЛ Ь,»-! П РИ ЭН8 г г!1ях. ei4 -ш х .. .",Я1}, !ЛедлэГаемае ус t "1011— В;» „с} 0 2. т,"./- ", хэа". 18T 3б2 / Пр4ИТЬ

Эф. 8.; ВНУ}0 ГС,: .- t!205K /: V;. ОР НИЕ. П -1ка и 001! бельо!/,... э 4etl;""! Jx, Фар".-:ула иэсбрете ия

tt;} teé -ь й, сксритэл: ионов, содержа}}ч/,:.::,Ст:-:,:.;; .:0-:,-, Вя .;. }ны}1 корпус, вы:-Ок :-1яс::этную с OTeìó,:: спалаженную

В"-:óòpê м-.:нитка«0 андулятара и падклю1 -. Э Н 1 ",!О К :.:: 3": Н ! К B b! C 0 t(G 4 2 C T 0 T 14 0 t/t М О Шпавь, шения эфф/е}» : : Внасти ГруппираВки и ускааения, Выс .}(Очас 0 ная система Вы пал!-:8:- а В, "iе В В!/x /1дент}}ч алых Виб "2это

0=0, ЭЯКРЕ.-}ЛЕН" -;Х B Ме }annH:(ЕСКОМ

В. .::i/. iH:ом корпусе, г Ондулятор — в форме

Г}Осле Btc ветел = ;:0 расположенных мяГн итОЯ с «c;:eäóþø.- .ся ориентяц;!81 по,}асов, при.-.—:::. ОСИ ВИб;атс 30E t: ОСЬ -.14 :. /!Етр}1- B СаI(oчя„-jt т;"ic J. си@те."1 ы л еж:jт;.. (1дн oй

ПЛОСКО-Г}, С ГОР=..—. СОВ }BËBBT С If}OCKO«TB}0 янт. с :11" .8, р:" .:,нд:ля — ая 00 магнитному

ПОЛ 1О

1466626

Составитель Ю,Самощенков

Редактор В.Фельдман Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М,Кучерявая

Заказ 4593 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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