Трубка дрейфа для линейного резонансного ускорителя ионов с фокусировкой самим ускоряющим полем

 

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц, в частности к ускорителям ионов с фокусировкой самим ускоряющим полем. Сущность изобретения: трубка 1 дрейфа выполнена составной в виде двух торцевых электродов 4 и 5 и одного цилиндрического электрода 6, которые снабжены держателями 7 для независимого крепления на эквипотенциальных элементах 8 и 9 резонансной системы ускорителя. Юстировка каждого из торцевых электродов производится независимо и поэтому достаточно лишь совместить центр апертуры отверстия с осью ускорителя. Внутренний диаметр цилиндрического электрода выбирают больше диаметра апертуры отверстия. При этом снижаются требования на угловое совмещение оси трубки дрейфа с осью пучка и появляется возможность юстировки трубок дрейфа без применения специальных юстировочных механизмов, что приводит к упрощению технологии изготовления трубок дрейфа. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц и может использоваться для создания новых и реконструкции действующих ускорителей в науке и промышленности.

В линейных резонансных ускорителях ионов используются трубки дрейфа для экранирования от действия тормозящих составляющих электромагнитных полей.

Известны трубки дрейфа в ускорителях с резонаторами типа Альвареца, которые содержат корпус трубки с размещенной внутри магнитной линзой.

Известны также трубки дрейфа, в которых торцовая стенка затянута сеткой для обеспечения фокусировки, а также рогатые трубки дрейфа, у которых на входных торцах закреплены фокусирующие квадрупольные электроды [1].

Наиболее близкой к предлагаемой является трубка дрейфа [2] для ускорителя с фазопеременной фокусировкой, которая содержит цилиндрическую обечайку и торцовые днища с апертурными отверстиями.

Однако с ростом энергии ионов длина трубки дрейфа увеличивается пропорционально скорости ионов l = К βλ , где l - длина трубки дрейфа; β - относительная скорость ионов; λ - длина волны ускоряющего поля; К - коэффициент , зависящий от выбора закона изменения равновесной фазы, в результате чего возникают значительные трудности при юстировке, связанные с тем, что жесткие допуски на установку входного и выходного апертурного отверстия приводят к необходимости очень точно совмещать ось трубки с осью пучка, что не удается выполнить без специального юстировочного механизма, который должен обеспечить регулировки по углу с точностью в несколько минут.

Целью изобретения является упрощение юстировки трубок дрейфа.

Для этого трубка выполнена составной из трех частей, две из которых являются торцовыми (дисками) и одного цилиндрического корпуса. Каждая из частей с помощью держателя закреплена независимо на эквипотенциальных элементах резонансной системы ускорителя. Положительный эффект достигается в результате того, что юстировка каждого из торцовых электродов производится независимо, поэтому достаточно лишь совместить центр апертурного отверстия с осью ускорителя. Внутренний диаметр цилиндрического электрода выбирают больше диаметра апертурного отверстия, поэтому требования на угловое совмещение оси трубки с осью пучка снижаются на порядок. Упрощение юстировки при использовании таких трубок дрейфа в ускорителях с фокусировкой самим ускоряющим полем достигается закреплением фокусирующих электродов на торцовых элементах трубок дрейфа (в ускорителях с сеточной фокусировкой сетки крепятся в апертурных отверстиях торцовых элементов, в ускорителях с высокочастотной квадрупольной фокусировкой квадрупольные электроды крепятся на торцовых элементах, в ускорителях с фазопеременной фокусировкой торцовые элементы являются фокусирующими электродами). Между каждой частью трубки дрейфа установлены гибкие перемычки, закрепление элементов на эквипотенциальных электродах резонансной системы и соединение всех трех элементов перемычками обеспечивает полную экранировку внутренней области от электрических полей. Перемычки устанавливаются после юстировки.

Соответствие критерию "существенные отличия" обеспечивается наличием неизвестной ранее совокупности признаков, описывающих предлагаемую трубку дрейфа.

На фиг. 1 изображены три трубки дрейфа; на фиг.2-4 - сечения А-А, Б-Б, В-В на фиг.1.

На фиг. 1 изображены три трубки 1-3 дрейфа, закрепленные на резонансной системе, выполненной в виде прямоугольного Н-резонатора. Трубки 1 и 3 закреплены на эквипотенциальном элементе 8, а трубка 2 - на эквипотенциальном элементе 9.

Трубка дрейфа выполнена в виде двух торцовых электродов 4 и 5 и цилиндрического электрода 6, закрепленных с помощью держателя 7 и установленных на эквипотенциальных элементах 8 и 9. Держатели снабжены устройствами для закрепления на стенках резонансной системы - подпятниками 10. В каждой части трубки дрейфа предусмотрены посадочные места для гибких перемычек 11 (устройства для выравнивания потенциалов на каждой части трубки дрейфа).

Трубка дрейфа работает следующим образом.

Составные части трубки дрейфа закреплены на эквипотенциальных поверхностях, поэтому потенциал на отдельных частях трубки дрейфа одинаков и, следовательно, внутри трубки дрейфа электрические поля отсутствуют. Применение устройств для выравнивания потенциалов (перемычек) устраняет возможность наведения паразитных полей внутри трубки дрейфа. Таким образом достигается эффект полной экранировки ионов в составной трубке дрейфа.

Технико-экономическая эффективность изобретения по сравнению с прототипом заключается в юстировке трубок дрейфа, выполняемой без применения специальных юстировочных механизмов.

Значительно упрощается технологический процесс при изготовлении трубок дрейфа, так как трубка состоит из стандартного набора деталей.

Формула изобретения

1. ТРУБКА ДРЕЙФА ДЛЯ ЛИНЕЙНОГО РЕЗОНАНСНОГО УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ С ФОКУСИРОВКОЙ САМИМ УСКОРЯЮЩИМ ПОЛЕМ, выполненная в виде металлического цилиндра с осевым отверстием, снабженного держателем для закрепления на эквипотенциальных элементах резонансной системы и фокусирующими элементами, отличающаяся тем, что она выполнена составной в виде двух торцевых и одного цилиндрического электродов, которые снабжены держателями для независимого крепления на эквипотенциальных элементах резонансной системы, все электроды соединены элементами для выравнивания потенциалов, причем толщина торцевых электродов q, диаметр d₁ апертурных отверстий в них и диаметр d₂ отверстия в цилиндрическом электроде выбраны из соотношения d₂ > d₁, где A - коэффициент ослабления электромагнитного поля, проникающего через отверстие в торцевом электроде; λ_кр - критическая длина волны электромагнитного поля, м.

2. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что элементы для выравнивания потенциалов выполнены в виде гибких перемычек с зажимами.

3. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что фокусирующие элементы выполнены в виде сеток, закрепленных в апертурных отверстиях торцевых электродов.

4. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что фокусирующие элементы выполнены в виде квадрупольных электродов, закрепленных на торцевых электродах.

5. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что длина l цилиндрического электрода выбраны из соотношения l = kβλ (1 ± Δϕ/π) , где β - относительная скорость ионов; l - длина волны ускоряющего поля, м; k - коэффициент, зависящий от выбранного закона изменения равновесной фазы;
Dv - изменение значения равновесной фазы между центрами смежных зазоров, рад.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4