Линейный когерентный ускоритель тяжелых ионов

 

осясоь,,д

О П И б А -Н300972

Сова Советских

Социалистических

Республии

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 21.V.1969 (K 1331706/26-25) с присоединением заявки №вЂ”

Приор|итет—

Опубликовано 07.1К1971. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 17Л 1.1971

МПК Н 05h 9 00

Н 05тт 7/04

Комитет пе делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621 384 6(088 8) Авто,р изобретения

О. А. Вальднер

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженернофизический институт

Заявитель

ЛИНЕЙНЫЙ КОГЕРЕНТНЪ|Й УСКОРИТЕЛЪ

ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ

Ускоритель может быть использован в качестве универсального радиационного комплекса на промышленных предприятиях и в исследовательских физических лабораториях.

Известный когерентный ускоритель состоит из двух основных частей. В первой части (адгезаторе) создается элекгронное кольцо в виде тора, трубку которого образуют электроны, бьгстро вращающиеся вокруг оси тора. В адгезаторе электроны накапливаются, дополнительно ускоряются и фокусируются в тор необходимой коифигурац ии за счет переменного во времени магнитного поля. Здесь же в электронный тор вводятся ионы, подлежащие ускорению. Далее изменением магнитного поля на одном конце адгезатора электронное .кольцо выводится из системы формирования, перемещается вдоль oclH тора и затем ускоряется системой последовательно расположенных высокочастотных pp30HBTopOtB. При этом электроны увлекают положительные ионы, в результате чего последние мотут достичь высоких скоростей, а следовательно, и энергий.

Так как время ускорения в описанном ускорителе является значительным на всем участке ускорения, трудно обеспечить устойчивость тора.

В предлагаемом катерентном ускорителе тяжелых ионов устойчивость тора обеспечена благодаря тому, что плазменные неустойчиности не уопевают разви ваться за время ускорения; кулоновские силы расталкивания электронов в релятивистском пучке ослаблены iB т- раз (y-относительная энергия электропов); время движения электронов по спирали на участке формирования тора мало, поэтому действие,кулоновсжих сил не будет заметным; на участке ускорения пространственный за ряд тора ском пенсирован зарядом ионо в, и кулоновские силы неоущеспвенны.

Для формирования электронного тора и его ускорения использовано единое аксиальносимметричное поле длинного соленоида, постоянное во,времени.

В таком ускорителе энергия ускоренного электронного пучка частично используется для ускорения ионов, после чего ионы и электрояы могут быть раздельно направлены на конверторы для преобразования |первичных потоков в необход|имыи тип излучения (нейтроны, т-кванты и т. д.).

На фиг. 1 схематично показан предлагаемый линейный когерентный ускоритель тяжелых ионов; на фиг. 2 — области устойчивости электронного сгустка.

Ускоритель тяжелых ионов содержит линей" ный ускоритель 1 электронов и соленоид 2 с заданной формой распределения вдоль его ocu продольной составляющей магнитного поля, ЗО обеспечивающей формирование электронного

300972 тора, захват ионов в режиме ускорения и ускорение электронно-ионного сгустка.

На первом участке соленоида магнитное поле усиливается, благодаря чему осущеспвляется я нжекцяя электронного пучка из линейного ускорителя 1. Электроны в водятся под углом к оси магнитного поля соленоида и образуют спи раль с переменным шагом и радиусом. При сближении:витков спирал и формируется электронный тор. Скорость движения тора по оси магнитной системы замедляется до скорости ионов, инжектируемых из ионного источника 3 с кольцевым пучком.

На втором участке соленоида поле практически постоянно. Здесь торы накапливаются в электронном кольце.

На третьем участке, занимающем основную часть соленоида, продольная составляющая магнитного поля убывает с расстоянием.

Здесыпроисходит ускорение электронного тора и,связанных с ним ионов за счет преобразова ния части энергии вращательного движения электронов в энергию продольного движения тора.

На выходе соленоида расположено разделительное устройство 4, с помощью которого пучки |разделяются для использования на мишенях 5.

Для компенсации за ряда электронов в торе необходимо

N,. > N,/y -, где N; — число ионов;

N, — число электронов; — относительная энергия электронов.

Чтобы выдержать заданное соотношение, нужно .плавно, регулировать ток ионов из источника, а чтобы;в процессе ускорения ионы не «оторвались» от электронного кольца, должно выполняться неравенство

FE (F где F; — сила, действующая на ионы со стороны электронного кольца;

F, — сила, ускоряющая электроны.

Поэтому при одинаковом .ускорении ионов и электронов должно выполняться услов|ие: и;N, (тдЛ „ где т, — масса иона; т, — масса электрона.

Из приведенных выражений )получают двустороннее неравенство.

1 N,. т, — ((Т е % 5 которое позволяет построить в плоскости

N, (, > ) области, обеспечивающие самофокуе сировку и удержание ионов (см. фиг. 2).,В областя х I u II выполняется лищь одно условие, 20 а в области III не выполняется ни одного условия. Угол наклона а прямой то зависит от массы ускоряемого иона. Как видно из фиг. 2, существует |достаточно широкая область IV, в которой выполняются условия эффективного

25 ускорения электронно-ионного сгустка.

Формирование и ускорение электронноионного сгустка осуществляется в вакуумной камере с |разрежением паряд ка 10 6 торр.

Предмет изобретения

Линейный когерентный ускоритель тяжелых иопов, содержащий линейный ускоритель электронов и инжектор ионов, отличающийся

З5 тем, что с целью упрощения формирования электронных сгустков, ускоряющих тяжелые ионы, ускоритель ионов содержит соленоид, на одном конце которого расположены л инейный ускаритель электронов и инжектор ионов, а

4О на противоположном конце размещено разделительное устройство.

300972

Фиг. 2

Составитель И. Петров

Редактор Т. 3. Орловская Техред Л. Л. Евдонов Корректор Л. Б. Бадылама

Заказ 167/661 Изд. № 491 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»