Ускоряющая система линейного ускорителя ионов

 

УСКОРЯЮи1АЯ СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ типа Н^^^ , выполненная в виде цилиндрического резона-•тора с системой встречных штырей, на концах которьк укреплены трубки дрейфа, и проекции штырей каждой из двух .соседних трубок дрейфа наплоскость перпендикулярную оси резонатора образуют углы меньшие 180 , величина которых убывает с уменьшением расстояния между геометрическими центрами соседних трубок дрейфа, о т л и чающаяся тем^ что, с целью уменьшения потерь высокочасто'!Ч1ой мощности, все нечетные по ходу пучка трубки дрейфа установлены с помрщью штырей на проводящей плите, закрепленной вдоль образующей резонатора, а каждая четная трубка дрейфа соединена с боковой стенкой резонатора вторьи штырем, расположенным в радиальной плоскости резонатора, С11мметрично первому штырю относительно продольной п.поскости, проходящей через оси трубок дрейфа и оси штыпей ие'^четных тп\'бок дрейфа.(О-*4jNS00о^ 00 4^

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Э(50 Н 05 Н 9/04

ГОСУДАРСТНЕННЬ1Й НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (2 1) 2567313/ 18-25 (22) 09. 01. 78 (46) 30. 03. 84. Бюл. Р12 (72) В. А. Бомко, А. Ф. Дьяченко и А. В. Пипа (53) 621.384.6(088.8) (56) 1. Патент Франции -1195616, кл. Н 05 Н 9/00, опублик. 1973.

2.Авторское свидетельство СССР

96 14 133, кл. Н 05 Н 9/00, 1976 (прототип). (54) (5?) УСКОРЯЮЩАЯ СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО

УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ типа Н„,, выполненная в виде цилиндрического резона. тора с системой встречных штырей, на концах которых укреплены трубки дрейфа, и проекции штырей каждой из двух соседних трубок дрейфа. на плоскость перпендикулярную оси рео зонатора образуют углы меньшие 180 величина которых убывает с уменьшепнем расстояния между геометрически:;:! 1(ентрамн соседних Tpубок дрейфа, отличающаяся тем что, с целью уменьшения потерь высокочастотной мощности, все нечетные по ходу ну ка трубки дрейфа установлены с г омОщью штырей на проводящей плите, закрепленной вдоль образующей резонатора, а каждая четная трубка дрейфа ссединена с боковой стенкой резонатора вторым штырем, расположенным в радиальной плоскости резонатора симметрично первому штырю относиЭ (О тельно продольной плоскости, проходящей через оси трубок дрейфа и оси штьп i нечетных "и;бок дрейфа.

1 728б

Изобретение относится к области ускорительной техники, а именно к линейным ускорителям ионов.

Известны ускоряющие системы типа встречных ускоряющих элементов такие

5 как гребенчатая система (l) и ускоряющая система типа встречных штырей нагруженных на концах трубками дрейфа, ось которых совпадает с осью цилиндрического резонатора (2)„

Достоинством указанньм систем являются их малогабаритность и хорошие высокочастотные параметры, особенно в области малых энергий, что имеет большое значение при создании ускори телей тяжелых ионов и малогабаритных ускорителей протонов для научного и промышленного применения.

Наряду с этим, каждая иэ указанных структур обладает недостатками.

Так в гребенчатой системе трудна настройка ячеек, в результате чего получение равномерного распределения поля вдоль тракта ускорения сопряжено со значительным ухудшением ее высокочастотных параметров. Кроме того, такая система затрудняет использонание квадрупольной фокусировки пучка н процессе ускорения, поэтому она используется только, когда применяется сеточная или переменно-фаэовая фокуси30 ровка, для которых величина предельного тока ускоренного пучка значительно ниже, чем н случае квадрупольной фокусировки. Ускоряющая система типа встречных штырей в известных ранее конструкциях обладала тем недостатком, что всегда получение требуемого распределения ускоряющего поля было сопряжеио с существенным увеличением потерь высокочастотной мощности.

Наиболее близкой по технической сущности является ускоряющая система линейного ускорителя ионов типа H><(2$ выполненная в виде цилиндрического резонатора с системой встречных штырей, на концах которых укреплены трубки дрейфа и проекции штырей каждой из двух соседних трубок дрейфа, на плоскость, перпендикулярную оси резонатора, образуют углы меньшие 180,, вели-50 чина которых убывает с уменьшением расстояния между геометрическими цент. рами соседних трубок дрейфа, Недостаток этой ускоряющей структу. ры, заключается н ассиметрии распре- 55 деления высокочастотных токов в понерхностяк элементов ускоряющей струк тувы. н иеэчльтате чего мощность эа84 2 пасается главным образом в объеме, заключенном между встречными штырями со.стороны меньшего угла между ними и противостоящей против этого угла частью цилиндрической поверхности резо,. натора, н то время как в остальной части объема резонатора запасается сравнительно малое количество ВЧ мощности. По этой причине н понерхности резонатора и встречньм штырей, ограни. чивающих сравнительно малый объем, протекают большие высокочастотные токи, что приводит к увеличению потерь мощности и локальному перегреву отдельных элементов структуры и создает этим самым трудности термостатиронания этих элементов„

Цель изобретения — уменьшение потерь высокочастотной мощности в ускоряющей структуре.

Это достигается н ускоряюшей системе линейного ускорителя ионов типа

Н, в которой нсе нечетные по ходу

А1 1 пучка трубки дрейфа установлены с помощью штырей на проводящей плите, закрепленной вдоль обраэчюшей резонатора, а каждая четная трубка дрейфа соединена с боковой стенкой резонатора вторым штырем, расположенным н радиальной плоскости реэонатора, симметрично первому штырю относительно продольной плоскости, проходящей чере= ось трубок дрейфа и оси штырей нечетных трубок дрейфа.

Эффект уменьшения потерь высокочастотной мощности и устранения локальных перегревов элементов ускоряющей системы достигается за счет того, что высокочастотная мощность, необходимая для установления номинального уровня ускоряющего поля в зазорах, запасается в объеме, в два раза превышающем соответствующий объем в прототипе, симметрично в двух частях объема. резонатора, ограниченных боковой поверхностью резонатора и штырями двух соседних трубок дрейфа. При этом для получения одних и тех же величин ускоряющего поля в поверхностях, ограничивающих каждую иэ укаэанных частей объема, будут протекать токи в дна раза меньшие, чем в случае, когда мощность запасается только в одной части объема резонатора. Соответственно при симметричном распределении запасенной мощности потери в поверхностях ускоряющей структуры будут в 2 раза меньше. Уменьшение удельных токов

25 и поверхностью резонатора.

Редактор Письман Техред Т.Фанта 1(орректор A. Тяско

Заказ 2406/3 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 7286 за счет перераспределения по большейI поверхности приведет к уменьшению тепловыделения на элементах ускоряющей структуры, что упрощает проблему охлаждения и термостатирования, 5

На чертеже приведен пример конструктивного, осуществления такой ускоряющей системы.

Цилиндрический резонатор 1 заключает в себе трубки дрейфа, располо- 10 женные вдоль одной линии, которая не обязательно должна совпадать с осью резонатора, при этом каждая нечетная трубка 2 закреплена с помощью металлического штыря 3 на общей проводящей плите 4, которая соединена надежным контактом по высокочастотному току с боковой стенкой резонатора, а четные трубки дрейфа 5 соединены с резонатором двумя штырями 6, распо — 2п ложенными в радиальной плоскости резонатора симметрично относительно плоскости, проходящей через ось резонатора и оси штырей нечетных трубок дрейфа, образуя между собой угол . Ha чертеже показано, что угол Ч изменяется вдоль ускоряющей системы. Он увеличивается от выходного конца резонатора к входному.

Трубки дрейфа 2, закрепленные на плите, не содержат в себе квадрупольных линз, поэтому допуски на их изготовление и установку менее жесткие. Их диаметр, с целью уменьшения емкостной нагрузки резонатора, может быть меньшим по сравнению З5 с диаметром трубок дрейфа 5, в которых расположены квадрупольные магвитные линзы, примерно в 1,5 раза.

Сборка трубок дрейфа 2 на плите мо" жет осуществляться вне резонатора, а затем вместе с плитой устанавливаться в резонатор. Трубки дрейфа 5, содержащие в себе квадруполи, устанавливаются на общую ось с помощью установочной штанги, которая одним концом приварена к трубке дрейфа, а вторым — установлена в юстировочный узел, расположенный снаружи резонатора. Ось установочной штанги распопожена в плоскости симметрии штырей 6. Наличие установочной штанги не приводит к заметному увеличению потерь мощности, так как оНА не является токонесущей. Угол между штырями 6 для каждой четной трубки дрейфа 5 определяется особо в каждом конкретном случае путем моделирования или расчета по заданным геометрическим размерам трубок дрейфа и резонатора, а также других элементов ускоряющей системы. !."тыри 6 функционально предназначены дпя настроики ячеек на заданную резонансную частоту, по ним протекают основные высокочастотные токи, развиваемые запасенной в резонаторе мощностью, поэтому эти штыри должны иметь надежный контакт по высокочастотному току с трубкой дрейфа

При возбуждении такой ускоряющей структуры высокочастотной мощностью устанавливается равномерное распределение уск" яюшего поля.