Способ ускорения позитронов и устройство для его реализации



Способ ускорения позитронов и устройство для его реализации
Способ ускорения позитронов и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2468546:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для генерации позитронных пучков с большой энергией для последующего использования высокоэнергетичных позитронов для целей дефектоскопии, томографии, радиационных испытаний стойкости материалов, лучевой терапии и др. Способ ускорения позитронов включает ускорение заряженных частиц вихревым электрическим полем циклического индукционного ускорителя - бетатрона. Осуществление инжекции позитронов в ускорительную камеру от радиоактивного изотопа, причем скорость роста магнитного поля синхронизована с индуцированным электрическим полем таким образом, что орбита, по которой движутся позитроны, остается постоянной в течение всего цикла ускорения. Устройство для ускорения позитронов содержит магнитопровод, обмотки возбуждения, ускорительную камеру, обмотки вывода. В ускорительной камере над или под медианной плоскостью на среднем радиусе ускорительной камеры установлен радиоактивный изотоп позитронов. Изобретение позволяет повысить надежность устройства и способа ускорения позитронов за счет упрощения устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для генерации позитронных пучков с большой энергией для последующего использования высокоэнергетичных позитронов для целей дефектоскопии, томографии, радиационных испытаний стойкости материалов, лучевой терапии и др.

Известны устройства и способы ускорения позитронов по патентам [патент JP 4009700, патент JP 3089500], в которых генерация позитронов осуществляется путем бомбардировки мишени быстрыми электронами, в результате которой образуются позитроны. Ускорение позитронов осуществляется в линейном волноводе электрическим полем типа стоячей волны. Известны линейные ускорители позитронов [R.Krause-Rehberg, H.S.Leipner "Positron Annihilation in Semiconductors", Vol.127 of Series "Solid-State Sciences". Springer-Verlag, Berlin, 1999], в которых инжекция позитронов осуществляется радиоактивным препаратом, испускающим позитроны. Ускорение позитронов происходит также в линейном волноводе. Недостатками этих способов и устройств является наличие сложной, дорогой и громоздкой радиотехнической системы линейного резонатора, сложность ее настройки и ремонта, трудности фокусировки заряженных частиц. Это ограничивает применение этих ускорителей позитронов, поскольку такие системы могут позволить только крупнейшие организации.

Известны способы циклического ускорения позитронов и устройства для их реализации [Физика. Большой энциклопедический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. Новый политехнический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000]. Например, способ и устройство ускорения позитронов синхротроном. Это циклический резонансный ускоритель с переменным магнитным полем и ускоряющим ВЧ электрическим полем постоянной частоты. Магнит синхротрона имеет форму кольца, в кольцевом воздушном зазоре которого расположена вакуумная камера, в которой установлен источник заряженных частиц. Ускоряемые частицы движутся в нарастающем магнитном поле по круговым орбитам, получая энергию от ВЧ электрического поля. Синхротроны также имеют достаточно сложную магнитную и резонансную системы. В качестве источников позитронов используются устройства, аналогичные устройствам по патентам [патент JP 4009700, патент JP 3089500].

Наиболее близок к изобретению индукционный ускоритель с выведенным электронным пучком [Ерофеева Г.В., Чахлов В.Л. - Авт. свидетельство №677136]. Данный ускоритель предназначен для генерации пучков быстрых электронов, в котором используется термоэмиссионный катод в качестве источника электронов. Источников позитронов на основе термоэмиссии не существует.

Задача изобретения - повышение надежности устройства и способа ускорения позитронов за счет упрощения устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в способе ускорения позитронов, включающем ускорение заряженных частиц вихревым электрическим полем циклического индукционного ускорителя бетатрона, осуществляют инжекцию позитронов в ускорительную камеру от радиоактивного изотопа, причем скорость роста магнитного поля синхронизована с индуцированным электрическим полем таким образом, что орбита, по которой движутся позитроны, остается постоянной в течение всего цикла ускорения. Позитроны предварительно накапливают в постоянном во времени управляющем магнитном поле, в котором показатель спада поля по радиусу лежит в пределах 0<n<1, а величина индукции магнитного поля соответствует энергии инжектируемых позитронов так, что позитроны движутся по круговой орбите, радиус которой равен среднему радиусу ускорительной камеры.

В устройстве для ускорения позитронов, содержащем обмотки возбуждения, ускорительную камеру, обмотки вывода, магнитопровод, профильные полюса, центральные вкладыши, в воздушном зазоре, образованном полюсами и центральными вкладышами, установлена ускорительная камера, в которой над или под медианной плоскостью на среднем радиусе ускорительной камеры установлен радиоактивный изотоп позитронов, например Ge 68, Ti 44, Na 22.

Применение радиоактивного изотопа в качестве источника позитронов в циклических индукционных ускорителях не известно. А их применение позволяет значительно упростить конструкцию наиболее близкого аналога циклического ускорителя позитронов и, таким образом повысить надежность устройства и способа ускорения позитронов. Электромагнитная система бетатрона не имеет сложных волноводных и резонансных систем, что упрощает изготовление, настройку и обслуживание ускорителя.

На фиг.1 представлена принципиальная схема ускорителя позитронов. На фиг.2 приведены диаграммы тока и напряжения обмотки возбуждения электромагнита ускорителя позитронов.

Ускоритель позитронов содержит (фиг.1) электромагнит, состоящий из обмоток возбуждения 1, обратного магнитопровода 2, профильных полюсов 3, набора центральных вкладышей 4, ускорительной камеры 6, обмоток вывода заряженных частиц 7, источника позитронов 8. Магнитопровод выполнен с воздушным зазором 5, образованным профильными полюсами 3 и центральными вкладышами 4, в котором установлена ускорительная камера 6, обмотки вывода заряженных частиц 7. В качестве источника 8 позитронов применен радиоактивный изотоп, например Ge 68, Ti 44, Na 22, установленный над или под медианной плоскостью на среднем радиусе ускорительной камеры 6 (фиг.1).

Устройство работает следующим образом. В паузах между импульсами ускорения по обмотке 1 электромагнита протекает постоянный ток I0 (фиг.2), обеспечивающий величину магнитной индукции в воздушном зазоре 5 такую, что позитроны в ускорительной камере 6 движутся по круговой орбите постоянного радиуса, равного радиусу установки источника 8 позитронов. Показатель спада поля по радиусу выбирается из условия 0<n<1. что обеспечивает фокусировку позитронов как в вертикальном, так и в радиальном направлениях. Таким образом, происходит накопление позитронов и формирование позитронного пучка около равновесной орбиты (t1…t2). Меняя длительность накопления, можно регулировать число ускоренных позитронов. Далее по обмоткам 1 электромагнита пропускают импульсный ток I(t) (t2…t3), который создает переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле индуцирует вихревое электрическое поле, которое ускоряет позитроны. Скорость роста магнитного поля синхронизована с индуцированным электрическим полем таким образом, что орбита, по которой движутся позитроны, остается постоянной в течение всего цикла ускорения. Данное условие обеспечивается подбором профильной поверхности полюсов 3, величиной воздушного зазора 5 и суммарной толщиной набора центральных вкладышей 4. В конце цикла ускорения высокоэнергетичные позитроны выводятся за пределы ускорительной камеры 6 с помощью специальной системы, представляющей собой обмотки вывода заряженных частиц 7, уложенные в межполюсном пространстве над и под ускорительной камерой.

Таким образом, рассмотренная система индукционного ускорителя позволяет получать пучки высокоэнергетичных позитронов, причем энергию ускоренных позитронов можно легко изменять путем изменения времени включения системы вывода. Она не содержит сложных, дорогостоящих и громоздких узлов. Данная система проста в изготовлении и обслуживании.

1. Способ ускорения позитронов, включающий ускорение заряженных частиц вихревым электрическим полем циклического индукционного ускорителя, отличающийся тем, что осуществляют инжекцию позитронов в ускорительную камеру от радиоактивного изотопа, причем скорость роста магнитного поля синхронизована с индуцированным электрическим полем таким образом, что орбита, по которой движутся позитроны, остается постоянной в течение всего цикла ускорения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что позитроны предварительно накапливают в постоянном во времени управляющем магнитном поле, в котором показатель спада поля по радиусу лежит в пределах 0<n<1, а величина индукции магнитного поля соответствует энергии инжектируемых позитронов так, что позитроны движутся по круговой орбите, радиус которой равен среднему радиусу ускорительной камеры.

3. Устройство для ускорения позитронов, содержащее магнитопровод, обмотки возбуждения, ускорительную камеру, обмотки вывода, отличающееся тем, что в ускорительной камере над или под медианной плоскостью на среднем радиусе ускорительной камеры установлен радиоактивный изотоп позитронов, например Ge 68, Ti 44, Na 22.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к рентгеновской досмотровой технике. .

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в области физики частиц высоких энергий, промышленности, медицины и научных исследований. .

Изобретение относится к области ускорительной техники и может использоваться для ускорения плазмы до гиперскоростей. .

Изобретение относится к ускорительной технике. .

Изобретение относится к проблеме управляемого термоядерного синтеза и может найти применение в качестве сильноточного индукционного ускорителя предпочтительно положительно заряженных частиц и ионов, а также для создания пучка нейтронов.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании индукционных циклических ускорителей ионов с регулируемой кинетической энергией в медицине и научных исследованиях.

Изобретение относится к ускорительной технике и используется для сброса пучка заряженных частиц на мишень. .

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к безжелезным электромагнитам ускорителей с аксиальной симметрией магнитного поля, и может быть использовано в дефектоскопических, медицинских и других бетатронных установках.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к технологии конструирования и изготовления радиолюминесцентных излучателей (РЛИ) на основе твердых конденсированных сред. .

Изобретение относится к физике, к прямому преобразованию энергии излучения радиоактивных изотопов и отходов ядерных реакторов в механическую энергию вращения и может быть использовано в качестве силового привода различных механизмов. Технический результат состоит в повышении эффективности охлаждения и упрощении эксплуатации путем и исключения необходимости в динамической балансировке и осуществления теплопередачи и нагрузки за пределами действия радиации. Радиационно-магнитный двигатель содержит радиационно-защитный статор с постоянным магнитом, средства отвода тепла охлаждающей жидкостью. Система изменения магнитных свойств ротора выполнена в виде двух полуцилиндров на общей оси, один из которых прозрачен для радиоактивного излучения от источника, расположенного в центре полуцилиндров, а другой является его экраном. Ферромагнитный ротор из радиационно-чувствительного материала выполнен в виде неподвижного трубчатого змеевика, плотно сопряженного с внутренней поверхностью статора и заполненного охлаждающей магнитной жидкостью в виде суспензии радиационно-чувствительных частиц редкоземельных ферромагнетиков и радиационно-стойкого жидкого теплоносителя, который непосредственно сообщается с закрытым гидроприводом, включающим гидроаккумулятор, радиатор охлаждения и лопастную турбину либо объемный гидродвигатель, кинематически связанные с полезной механической нагрузкой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в средствах неразрушающего контроля материалов и изделий

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в средствах неразрушающего контроля материалов и изделий

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании индукционных циклических ускорителей промышленного назначения, например, для модификации и производства новых материалов, стерилизации медицинских инструментов и пищевых продуктов, дезинфекции медицинских и других отходов, очистки дымовых газов промышленных предприятий от вредных SOx и NOx окислов. Предложенный способ заключается в том, что для получения заданной конечной энергии (≤10 МэВ) используется прямоугольная волна ускоряющего индукционного напряжения и треугольная волна ведущего магнитного поля, для сохранения радиуса равновесной орбиты постоянным в процессе ускорения выполняют специальные соотношения между амплитудно-временными характеристиками магнитной индукции на орбите и индуцированным ускоряющим напряжением. Для реализации жесткой фокусировки формируют магнитное поле на орбите с большим знакопеременным градиентом. Техническим результатом является увеличение средней мощности пучка ускоренных заряженных частиц, а также уменьшение габаритов и веса ускорителя циклического индукционного ускорителя электронов, упрощение системы питания индукционной ускоряющей системы, снижение стоимости ускорителя. 5 ил.

Бетатрон (1), прежде всего, в рентгеновской досмотровой установке, с вращательно-симметричным внутренним ярмом из двух расположенных на расстоянии друг от друга частей (2a, 2b), внешним ярмом (4), соединяющим обе части (2a, 2b) внутреннего ярма, по меньшей мере одной катушкой (6a, 6b) основного поля, тороидальной камерой (5) бетатрона, расположенной между частями (2a, 2b) внутреннего ярма, по меньшей мере одной катушкой сжатия и расширения (СР-катушкой) 7a, 7b, при этом соответственно ровно одна СР-катушка (7a, 7b) расположена между торцевой стороной части (2a, 2b) внутреннего ярма и камерой (5) бетатрона, а радиус СР-катушки (7a, 7b) равен, по существу, заданному радиусу орбиты электронов в камере (5) бетатрона. Бетатрон содержит электронную схему (8) управления, выводы катушки (7a, 7b) сжатия и расширения соединены с источником (11) тока или напряжения, а, по меньшей мере, в одной линии между катушкой (7a, 7b) сжатия и расширения и источником (11) тока или напряжения расположен переключатель (9), управляемый электронной схемой (8) управления, причем электронная схема (8) управления выполнена таким образом, чтобы во время выброса электронов вызывать прохождение тока через катушку сжатия и расширения, так что материал ярма находится на нелинейном участке кривой гистерезиса. Технический результат - повышение кпд. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для генерации электронных и ионных пучков наносекундной длительности с высокой частотой следования импульсов. Линейный индукционный ускоритель содержит индукционную систему (1) в виде набора ферромагнитных сердечников, охваченных витками намагничивания с объединенными выводами (2) с каждой стороны сердечников, магнитный коммутатор, магнитный импульсный генератор (3), состоящий из последовательных контуров сжатия, каждый из которых образован конденсатором и дросселем насыщения, и имеющий заземленный и потенциальный выводы, к которым подсоединен дроссель насыщения (8), а к потенциальному выводу подключен один из трех электродов двойной формирующей линии (4). Второй электрод двойной формирующей линии (4) одним концом подключен к заземленному выводу магнитного импульсного генератора, а между другим концом этого электрода и одним из выводов витков намагничивания индукционной системы включен магнитный коммутатор (9). Между третьим электродом (7) двойной формирующей линии (4) и вторым выводом витков намагничивания (2) индукционной системы (1) включена одинарная формирующая линия (10). Между точкой соединения двойной (4) и одинарной (10) формирующих линий и точкой соединения магнитного коммутатора (9) и индукционной системы (1) включен дополнительный дроссель насыщения (11). Технический результат - снижение потерь энергии и повышение надежности за счет уменьшения числа элементов в схеме. 2 ил.
Наверх