Способ многооборотной инжекции заряженныхчастиц
СПИ САНИ Е
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 18.XI1,1970 (№ 1602299/26-25) с присоединением заявки ¹
Приоритет
Опубликовано 0?Х1(.19?2. Бюллетень № 21
Дата опубликования описания 29.VIII.1972
М. Кл. H 05h 7/08
Н 05h 13/04
Комитет по делам изобретений и открытий при Соеете тлинистрое
СССР
УДК 621.384.6(088.8) Авторы изобретения
П. А. Черенков и А. М. Громов
Заявитель Ордена Ленина Физический институт им. П, H. Лебедева АН СССР
СПОСОБ МНОГООБОРОТНОЙ ИНЖЕКЦИИ ЗАРЯЖЕННЫХ
ЧАСТИЦ
Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано в кольцевых циклических ускорителях и в накопительных установках.
Как известно, заряженные частицы, инжектированные в постоянное магнитное поле кольцевого ускорителя, совершив несколько оборотов в камере ускорителя, погибают на вводном устройстве и не захватываются в режим ускорения. Число эффективных оборотов (под которым понимают количество оборотов, в течение которых большая доля частиц, инжектированных в постоянное магнитное поле, сохраняется при повторных прохождениях мимо инжскциоппого устройства) зависит от соотношения между частотой бетатронных колебаний и частотой обращения частиц в магните ускорителя, а также от оазмеров рабочей области и инжекционного устройства, от положения орбиты и от характеристик инжектируемого пучка. В существующих ускорителях число эффективных оборотов составляет 3 — 7.
Для отвода частиц от водного устройства в процессе инжекции обычно используют нарастающее во времени магнитное поле, искажение орбиты или тормозящее электрическое поле, Полное время инжекции Ж„„;„, выраженное в числе оборотов, определяется произведением числа эффективных оборотов N,y на число, показывающее, сколько раз радиальный размер пучка r, укладывается в полуширине l рабочей области камеры ускорителя, т. е.
А ивж — А эф. го
По окончании пнжекцпп частицы, накопленные в камере, переводятся в режим ускорения. При заданных размере камеры и характеристиках ипжектируемого пучка увеличение
10 числа эффективных оборотов повышает длительность пнжекцни и позволяст накопить в камере ускорителя больший ток, т, е. приводит к увеличеншо интенсивности ускорителя.
Известен способ увеличения числа эффек15 тивных оборотов прп помощи возбуждения вертикальных колебаний пучка. В этом случае инжекционное устройство располагают вне медианной поверхности, либо пучок пнжектируется под углом к ней. Однако этот способ
20 не дает существенного увеличения числа эффективных оборотов.
Другой известный способ увеличения числа эффективных оборотов заключается в использовании резонанса между вертикальными и
25 радиальными бетатронными колебаниями.
Между колебаниями вводится связь, которая снимается по окончании пнжекции. Частицам, инжектируемым в ускоритель, вначале сообщаются радиальные колебания. Амплитуда радиальных колебаний прп резонансе со
344609
10 Y»о
2 2 (2) 15
25 (4) 30
65 связью постепенно уменьшается, и колебания переходят в вертикальные. Уменьшение амплитуды радиальных колебаний позволяет частицам избежать соударений с вводным устройством. Решение уравнений движения частиц при точном резонансе и при использовании для связи продольного магнитного поля имеет вид
Х= Х, cos а cos а,в, Y= — Хsin ay cos (1) где Х и Y — радиальное и вертикальное отклонение частицы от орбиты, Х, — начальное отклонение частицы от орбиты, р — азимутальная координата, в — частота бетатронных колебаний при резонансе, а — частота биений, которая определяется величиной связи.
Из соотношений (1) видно, что амплитуда радиальных колебаний в начале инжекции меняется медленно. Так как пучок и инжекционное устройство имеют конечные радиальные размеры, то для того, чтобы частицы успели за время эффективных оборотов уменьшить амплитуду радиальных колебаний и не погибнуть на вводном устройстве, нужно выбирать большое значение частоты биений а. Это сокращает период биений и не обеспечивает существенного увеличения числа эффективных оборотов.
Цель изобретения — увеличение числа эффективных оборотов, т. е. повышение числа частиц, накопленных в камере и захваченных в режим ускорения.
Это достигается тем, что по предлагаемому способу частицы отводятся от инжекционного устройства в вертикальном направлении с помощью продольного магнитного поля при равенстве частот радиальных и вертикальных бетатронных колебаний, а в качестве инжекционного устройства используется магнитно-токовый канал.
Использование для связи продольного магнитного поля при резонансе приводит к тому, что частицы на первых оборотах отходят от инжекционного устройства вертикально, Амплитуда вертикальных колебаний растет пропорционально Sin а, и частицы отходят от инжекционного устройства в вертикальном направлении гораздо быстрее, чем в радиальном.
Однако существующие способы ввода частиц на орбиту с использованием электростатического инфлектора не позволяют осуществить вертикальный отвод частиц, так как инфлектор занимает по вертикали почти всю рабочую область камеры. Наиболее подходящим устройством для инжекции, в данном случае, является магнитный канал с токовой компенсацией искажений магнитного поля. Магнитный канал представляет собой тонкостенную трубку из ферромагнитного материала, на которую наложена компенсационная обмотка.
Внутренний диаметр трубки может быть почти равным размеру пучка.
Инжекция осуществляется следующим образом, Ось канала ориентируют по касательной к орбите, Выходное отверстие канала совмещают с точкой касания. Устанавливают равенство частот вертикальных и радиальных бетатронных колебаний и вводят связь. Орбиту отводят от канала на некоторое расстояние Х,.
Частицы, инжектированные в камеру, осциллируют около орбиты с частотой о, и вращаются вокруг нее с частотой а. Чтобы не погибнуть на канале, частицы должны успеть за No оборотов (N<> — число эффективных оборотов без связи) сместиться по вертикали на расстояние: где»,— вертикальный размер пучка, d — наружный диаметр канала.
Из уравнений (1) и условия (2) определяют наименьшее значение величины а:
1 ЛY
2 ХО Хо (3) Частицы снова возвращаются к.каналу, когда плоскость колебаний поворачивается на угол л, Полное число эффективных оборотов равно:
1 Л о Л мин, о
Таким образом, число эффективных оборотов при резонансе бетатронных колебаний со лХО связью увеличивается в раз. Так как наЛ» ибольшее значение Х, определяется половиной вертикального размера камеры, а Л Y примерно равно диаметру канала, то можно получить существенное увеличение числа эффективных оборотов и, следовательно, снизить скорость отвода орбиты от инжекционного устройства, повысить длительность инжекции и соответственно увеличить число частиц, накопленных в камере и захваченных в режим ускорения.
Предмет изобретения
Способ многооборотной инжекции заряженных частиц в кольцевой ускоритель от внешнего ускорителя-инжектора с последующим накоплением частиц в камере кольцевого ускорителя, заключающийся в том, что в процессе инжекции изменяют параметры орбиты при помощи электрического или магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения числа частиц, накопленных в камере и захваченных в режим ускорения, устанавливают равенство частот вертикальных и радиальных бетатронных колебаний при помощи дополнительного фокусирующего поля, вводят связь между колебаниями посредством продольного магнитного поля, а для инжекции используют магнитно-токовый канал.
