Линейный индукционный ускоритель

 

ОП ИСАНИЕ-ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11), )4ДВЯ4 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.07.69. (21) 1350606/26 — 25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл. H05 Н 7/00

Н05 Н 11/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делан изобретений и открытий (43) Опубликовано 25.07.76. Бюллетень № 27 (53) УДК 621.384.66 (088.8) (45) Дата опубликования описания 30.11.76

/72) Авторы изобретения

А. И. Герасимов, А. П. Клементьев и В. А. Тананакин (71) Заявитель (54) ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц, в частности к линейным индукшюнным ускорителям (ЛИУ) .

Известен линейный индукционный ускоритель, в области ускорения которого размещен соленоид, равномерно распределенный по ускорительной системе и присоединенный к ней (или части ее) одним концом непосредственно, а другим — через управляемый коммутатор, и заряженный от внешнего источника конденсатор.

При таком вьтпол нии ЛИУ обеспечивается создание в области ускорения продольного магнитного поля при разряде конденсатора через соленоид и улучшается однородность электрического поля. 15

Однако в известном ЛИУ имеет место дефокусировка пучка на выходе ускорителя вследствие приобретения заряженными частицами вращательного импульса при пересечении радиального магнитного потока в конце соленоида. Это означает, что в пространство дрейфа (область без внешних магнитных или электрических полей) частицы вступают с определенными азимутальными компонентами скорости, и пучок на выходе становится не просто расходящимся, а приобретает вид вращающегося расходящегося потока, что приводит к резкой расфокусировке пучка.

При ускорении интенсивных электронных потоков, когда в начале ускорения необходима значительная напряженность магнитного поля, а катод не экраннрован, дефокусировка будет максимальной. В случае частичной экранировки катода знак импульса противоположен знаку "закручивающего" импульса, который получают частицы во время пересечения дополнительным магнитным потоком границы пучка в переходной области между катодом и участком однородного магнитного поля соленоида. Однако во всех случаях импульсы не компенсируют друг друга в связи с увеличением энергии частиц и разницей магнитных потоков (из- за изменения профиля пучка): вошедшего в пучок в начале ускорения и выходящего из него. Расфокусировка начинается с места спада магнитного поля в соленоиде, практически на расстоянии от его конца, равном радиусу соленоида. Поэтому приемник" ускоренного пучка тоже должен находиться в продольном магнитном поле. что не всегда удобно, а иногда и неприемлемо.

В известном ЛИУ также невозможно регулировать профиль пучка вдоль тракта ускорения из-за

345884 однородности продольного магнитного поля; в част ности, для сохранения равновесного радиуса пучка ускоряемых электронов магнитное поле должно уменьшаться обратно пропорционально корню квадратному из импульса частицы.

Кроме того, в них отсутствуют фокусирующие составляющие электрического поля в однородном электрическом поле соленоида (кроме начала соноида), Целью изобретения является создание в области ускорения ЛИУ фокусирующих магнитного и электрического полей, позволяющих регулировать профиль пучка вдоль тракта ускорения и обеспечивающих эффективный вывод пучка из ускорителя. Это достигается заменой соленоида однослойной катушкой, выполненной из последовательно соединенных секций с встречной намоткой витков. Такая катушка позволяет формировать аксиально- симметричное знакопеременное вдоль оси ускорения фокусирующее магнитное поле, а также дает возможность варьировать периодичность поля и изменять (например„снижать) по необходимому закону вдоль ускорительного тракта амплитуду напряженности магнитного поля (изменением длины секций и шага намотки витков) . Ускоряющее электрическое поле вдоль оси ЛИУ также является фокусирующим, так как напряженность поля "пульсирует", в связи с неравномерностью распределения индуктивности между витками

1 каждои секции (при условии, что ) ж L С и с> где С,„— "паразитная" мкость между начальным и конечным витками секций, д — ее индуктивность, UV — частота ускоряющего поля) .

Фокусирующее действие таких полей для интенсивных потоков заряженных частиц может быть объяснено следующим образом, В области, где индукция имеет большую величину, магнитные фокусирующие силы и силы радиального электрического поля соленоида преобладают над силами объемного заряда пучка, в результате чего поток частиц сжимается. В области, где магнитная индукция мала, преобладают силы объемного заряда, и поток расширяется. Однако, попадая затем снова в область сильного поля, поток вновь сжимается и т. д. Таким образом, магнитное и электрическое поля в среднем за период уравновешивают действие объемного заряда и компенсируют разницу азимутальных импульсов на входе и выходе периода, образующуюся из-за изменения (увеличения) энергии частиц под действием продольной составляющей электрического поля на длине периода фокусировки. Это означает, что на выходе ускорителя вращательный импульс частиц будет значительно слабее, чем в случае фокусировки соленоидом, а пучок будет просто расходящимся под действием объемного заряда. Кроме того, периодическое магнитное поле может быть ограничено за ускорителем обычной магнитной линзой (с броневым сердечником или без него) или продолжено добавлением любого числа подобных линз.

На чертеже схематически изображен предложенный ускоритель в разрезе и показано качественное распределение магнитного Н и ускоряющего электрического Е полей на оси ускорителя.

Катушка 1, состоящая из последовательно вклю ченных секций с встречной намоткой витков и соединенная одним концом с заземленной пластиной

0 AB вторичного контура ABC D, помещена в ускоряющий зазор AD . Друтой конец катунски присоединяется к пластине С 9 вторичного контура через кондеи сатор 2 и коммутирующий элеменг 3.

Заряженный от источника напряжения через с15 противление 4 конденсатор 2 разряжается при срабатывании коммутирующего элемента 3 через цепь, состоящую из конт. ра ABC D и катушки 1, создавая внутри ее знакопеременное аксиально- симметричное периодическое магнитное поле В. Когда магнит20 ное поле достигает необходимой величины, включаются цепи питания обмоток магнитопроводов 5.

При одновременном изменении в каждом магнитопроводе потока У в ускоряющем зазоре AD возникает разность потенциалов (=-n— Ф

41

И число магнитопроводов), которая прикладывается к катушке, если <С Юа,, где с", г

19С а к индуктивность катушки, С вЂ” емкость конденсатора ",Ю вЂ” частота ускоряющего поля.

Подбором параметров цели, создающей магнитное поле, в частности индуктивности катушки, можно добиться, чтобы ток, проходягций через катушку под действием разности потенциалов с". был меньше тока, протекающего по ней от разряда конденсатора 2, что важно для уменьшения возмущений распределения магнитного поля во время ускорения. Кроме того, ток в катушке под действием Г нс должен заметно уменьшать ускоряющую разность

40 потенциалов.

Предложенную фокусирующую систему рекомендуется применять для сильноточных импульсных ускорителей.

Формула изобретения

Линейный индукционный ускоритель, содержа@> щий индукционные магнитные катушки, ускоряющую систему и фокусирующее устройство, выполненное в виде катушки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности вывода пучка из ускорителя и обеспечения регулировки равновесного радиуса пучка вдоль тракта ускорения, катушка выполнена из последовательно соединенных однослойных секций с чередующимся направлением намотки витков.

345884

Редактор Т. Орловская

Заказ 4285/362

Составитель И. Петров

Техред М. Ликович оррск»р Н. Золотов ская

Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проетная, 4