Магнитостатический ускорительный тракт

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлвио 29.127б (21) 2432501/18-25 с присовдииением заявки Но (23) Приоритет,- 29,0 376

Опубликовано 150879- Бюллетень М 30

Дата опубликования описания 1538.79

Сеюз Советских

Сецналнстнческнх

Республик (ii) 598527 (я)М. Кл.2

Н 05 Н 7/04

H 05 H 9/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (5З) УДК 621.384 ° .б (088.8) (72) Авторы

ИЗОбрЕТЕНИя В. К. Плотников и р. М. Вен гров (71) Заявитель (54 ) МАГНИТОСТАТИЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛЬНЫЙ ТРАКТ

15

30

Изобретение относится к ускорительной технике и предйазначено, пРеимущественно, для использования в экспериментальной ядерной физике и в качестве составной части нейтронных генераторов.

Известен магнитостатический тракт коллективного ускорителя с электронными. кольцами, в котором радиус орбиты равновесного электрона кольца (большой радиус кольца) во все время ускорения остается постоянным (1). Это достигается за счет выбора конфигурации магнитного поля, удовлетворяющей соотношению 2 В-В

const (обобщенное бетатронное усло-, вие), где В - магнитная индукция на равновесной орбите,  — индукция, средняя по площади, охватываемой равновесной орбитой. В качестве устройства, позволяющего реализовать такую конфигурацию предлагается использовать дополнительный соленоид, расположенный внутри равновесной орбиты.

Однако такой тракт отличается недостаточно высоким значением среднего прироста энергии на единицу

:длины и сложностью конструкции, возникающей из-за малой величины отношения радиуса внутреннего соленоида к его длине °

Известна также установка, являющаяся комбинацией ускорительного тракта коллективного ускорителя и устройства для формирования колец и ускорения электронов в азимутальном направлении (2) ° Эта установка содержит магнитостатический ускорительный тракт коллективного ускорителя ионов с электронными кольцами, состоящий из соленоида и коаксиального ему устРойства, например . ферромагнитного сердечника,позволяющего установить заданное соотношение между магнитной индукцией на равновесной орбите и средней по площади, охватываемой равновесной орбитой, индукцией.

Однако из-за совмещения объемов ускорительного тракта и устройства формирования кольца длина и радиальный размер тракта, а следовательно, и размер всей установки существенно возрастает даже по сравнению с трактом без устройств для увеличения средней индукции В по отношению к индукции на равновесной орбите, т. е. по сравнению с трактом, имеющим наибольшие размеры.

598527

50

НапримеР,! при ускорении протонов до энергии 1 ГэВ при коэффициенте передачи энергии электронов протонам равном 1/2 длина тракта и радиус

Возрастает в 1,5-2 раза, а объем в 3-8 раз при прочих равных условиях. Ухудшение параметров уско- 5 ранил объясняется тем, что для выполнения бетатронного условия при доускорении электронов сердечник должен иметь форму, близкую к усеченному конусу с меньшим основа- 10 кием у начала ускорительного тракта, а при этом отношение В/В к +i концу тракта возрастает, в то время, как для того, чтобы радиус кольца, по крайней мере, увеличивался мед" 15 леннее, чем при В B следует отношение В/В к концу тракта уменьшат ь.

Цель изобретения - уменьшение длины тракта по сравнению с конструкцией, в которой обеспечивается наибольший прирост энергии ионов на единицу длины.

Это достигается за счет. создания такого пространственного распределения поля в объеме тракта, при котором обеспечивается уменьшение радиуса равиовесной орбиты по мере увеличения релятивистского фактора иона. Одним из средств реализации данного предложения является распо ложение внутри соленоида коаксиаль. ИО ему"ферромагнитного сердечника, представляющего собой тело вращения, площадь поперечного. сечения которого уменьшается в направлении ускорения кольца. При этом в общем случае внутри сердечника может быть конусообразная полость, большее основание которой находится у выход" ного конца тракта. Полость мо ет быть использована для размещения немагнитных крепящих конструкций.

Форма внешней поверхности в этом случае может быть выбрана, так чтобы отношение радиуса кольца к радиусу сердечника оставалось постоян45 ным на всей длине тракта. В частном случае, полость может отсутствовать. Различные зависимости сечения ферромагнитного сердечника и магнитной индукции на траектории равновесного электрона от расстояния вдоль оси позволяют получить р )злнчные законы изменения радиусй электронно-ионного кольца вдоль включ кольца, что означает выполнение. .пространственного бетатронного условия.

На чертеже показана схема расположения основных элементов 60 предлагаемого ускорительного тракта с сердечником без полости °

В вакуумной камере 1 с соленоидом 2 соосно соленоиду расположен

Ферромагнитный сердечник 3, попе- 65

Речное сечение которого уменьшается в направлении ускорения электронно-ионного кольца 4. Стрелками показано направление ускорения электронно-ионного кольца.

Если ускорение электронно-ионного кольца осуществляется с изменением большого радиуса кольца R no мере увеличения энергии ионов, то вместо пространственного бетатронного условия должно выполняться соотно» шение

Я (2В-3)=Сопэ (1) которое, при R, уменьшающемся к выходному концу тракта, будем для кратности называть супербетатронным условием, С(цна из возможных зависимостей радиуса кольца от релятивистского фактора иона 1,;, который, в свою очередь, зависит от продольной координаты, имеет вид и-я.("й:!2 (z)

Зi

У где и - коэффициент загрузки кольца ионами, равный отношению массы всех ионов кольца к массе всех электронов кольца .в начале ускорения, R радиус кольца в начале ускорения.

Выбирая различные значения показателя степени,S можно получать различную зависимость радиуса от продольной координаты. В частности, при 6 0 радиус не меняется, что соответствует выполнению бетатронного условия. При любом значении

S ) О, что соответствует супербетатронному ус).овию, радиус кольца уменьшается по мере увеличения энергии ионов, т. е. эффективность ускорения увеличивается к выходному концу тракта, а это при равных начальных значениях прироста энергии означает уменьшение длины тракта по сравнению, например, с трактом, в котором выполняется бетатронное условие. Для получения минимальной длины тракта следует выбрать наибольшее возможное значение S.

Очевидно, что наименьшая длина получается в случае, когда отношение радиуса кольца к радиусу сердечника, выполненному без полости внутри, остается постоянным (при условии, что в начале тракта это отношение выбрано наименьшим из возможных). Такая зависимость радиуса.от не соответствует никакому значению S однако при 5 а 1 она с хорошей точностью выполняется на большей части длины тракта. Поэтому супербетатронное условие, которое получается при подстановке (2) в (1)

Г1-n(j; -1 (2ь-В) (— - — ) сапы И)

>i ° имеет место при 0 с Ь й1 .

Длина ускорительного тракта обратно пропорциональна начальному зна5 5 чению индукции В на радиусе кольца. Для того, чтобы получить наибольшее В в начале тракта, необходимо иметь минимальную .величину магнитной проницаемости материала сердечника p, а это в свою очередь требует, чтобы сечение сердечника в начале тракта было максимально большим, а в конце — равным нулю.

Формула изобретения

Магнитостатический ускорительный тракт коллективного ускорителя ионов с электронными кольцами, состоящий из соленоида и коаксиального ему устройства, например ферромагнитного сердечника, позволяющего устанавливать заданное соотношение между магнитной индукцией на равновесной орбите и средней по площади, охватываемой равновесной орбитой, индукцией, о т л и ч а ющ и и с. я тем, что, с целью уменьшения длины ускорительного тракта, магнитное поле имеет пространствен98527 ь ное распределение, обеспечивающее уменьшение радиуса равновесной орбиты по мере увеличения релятивистского фактора ионов, в частности, удовлетэоряющее соотношению Г f-nQ"-1) т 6

5 (гв-в)-

3; ще В-магнитная индукция на равновесной орбите,  — магнитная нндукция, средняя по площади,,охватывае10 мой равновесной орбитой, р — теку-, щее значение релятивистского фактора иона, n — коэффициент !загрузки кольца ионами, равный отношению массы всех ионов кольца к массе всех электронов кольца в начальной точке тракта, а показатель. степени б ле- жит в пределах О(S < 1.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 416909, кл. Н 05 h 11/00, 1973.

2. Заявка Р 2138984/25, кл. Н 05 h 11/00, 1975, по которой принято решение о выдаче авторского cвидетельства.

Составитель Е. Медведев

О. Билак

P акто T. Коло ева Тех е 3.Фанта Ко екто

Заказ 4816/60 Тираж 944 Подписное

ЦлИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. . 4 5

Филиал ППП Патент, г. Мкгород, ул. Проектная, 4.