Устройство для вывода пучка заряженных частиц

 

|: 11752827

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.01.78 (21) 2567343/18-25 с присоединением заявки № (51) М. К..

Н 05Н 7/00 (53) УДК 621.384.6 (088.8) (43) Опубликовано 30.07.80. Бюллетень № 28 (45) Дата опубликования описания 30.07.80 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

А. H. Довбня, В. Д. Ткаченко и А. Е. Толстой (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫВОДА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ

ЧАСТИЦ

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для развода пучка заряженных частиц в линейных ускорителях.

Известно устройство для вывода и разводки пучка из ускорителя по нескольким каналам, которое включает в себя несколько импульсных магнитов, расположенны: последовательно на пути пучка, или комбинацию из пространственно разнесенных им- 10 пульсных магнитов и мапштов с постоянным во времени полем (1). Но это устройство не может быть использовано в ряде случаев, например, когда требуется компактность установки. К тому же, при боль- 15 ших частотах посылок ускорителя экономически нецелесообразно использовать импульсные магниты. От этого недостатка свободны устройства, в которых магниты импульсные располагаются внутри магии- 20 тов с постоянным полем.

Наиболее близким к данному изобретению техническим решением является устройство для вывода пучка заряженных частиц, содержащее одновитковый импульсный магнит коаксиальной конструкции с двумя окнами для впуска и выпуска частиц, размещенный внутри электромагнита (2).

Путем профилирования центрального проводника добиваются внутри импульсного магнита такого распределения поля вдоль канала, которое в максимальной степени приближалось бы к функции распределения поля электромагнита. В момент инжекции пучка поле электромапшта практически полностью компенсируется полем противоположного направления импульсного магнита и частицы проходят в инфлектор накопителя.

Недостаток этого устройства заключается в ограниченности выполняемых функций, а именно, оосспечивая транспортировку пучка в область инфлектора накопителя, оно не может осуществлять разводки пучка на несколько каналов, по крайней мере на два.

Кроме того, прототип может работать лишь в узком динамическом диапазоне энергий частиц пучка, поскольку в большом диапазоне нелинейные эффекты из-за разной намагниченности сильно искажают топографию поля электромагнита. Устройство сложно в изготовлении.

В ускорительной технике возникает зада |а параллельного обеспечения пучком нескольких потребителей. В частности, в многосекцнонных линейных ускорителях электронов при параллельной работе потребителей требуется формировать пучки частиц разных энергий, направляемых в раз752827 ные каналы, с резко отличающимися частотами посылок.

Поскольку каналы на промежуточные энерг11П в этом случае располагаются между ускоряющими секциями, то непременным 5 требованием для этих систем разводки пучка является их компактность.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства для вывода пучка заряженных частиц, обеспечивающего раз- 10 водку пучка по двум каналам с разной частотой посылок в широком диапазоне по энергиям.

Поставленная цель достигается vevr, что в устройстве для вывода пучка заряженных 15 частиц, содержащем электромагнит постоянного тока и импульсный одновитковьш магнит, расположепнь1и между полюсами электромагнита, и имеющем окна для впуска и выпуска частиц, импульсный магнит выполнен в виде цельнометаллической рамки-петли, имеющей форму прямоугольной трапеции с тремя окнами, расположенными соответственно в боковых сторонах и большом основании трапеции, и снабжен меха- 25 нпзмами для его перемещения вдоль и поперек направления пучка, а плоскость окна для выпуска частиц в прямой канал составляет угол а с основанием трапеции, удовлетворяющий выражению: 30

G.1

Ctg а:

II где 6 — усредненный поперечный градиент ч!а! Ни !ного НОля импульсного маг- 35 нита, обусловленный наличием бокового окна;

l — продольный размер этого окна;

FI — усредненная напряженность поля в импульсном магните. 40

На фиг. 1 схематично показано предложенное устройство; на фиг. 2 — рассчитанный на ЗВМ эмиттанс пучка в разных сечениях устройства в режиме компенсации для конкретного прив!ера исполнения; на 45 фиг. 3 — отклонение пучка от оси ускорителя в зависимости от продольного перемещения импульсного магнита для конкретного примера исполнения, при условии, что угол между осью прямого канала и напраз- 50 лением пучка равен нулю.

Устройство (фиг. 1) содержит вакуумную камеру 1, расположенную между полюсами электромагнита 2, размещенный внутри камеры 1 импульсный одновитковый магнит 3 в виде цельнометаллической рамки-петли, подключенной к источнику тока, имеющей форму прямоугольной трапеции с тремя окнами, расположенными соответственно в боковых сторонах и большом основании тра- в0 пеции, для впуска и выпуска частиц в прямой, сохраняющий первоначальное направление пучка, и боковой каналы, входное окно 4, окно 5 бокового канала, окно 6 прямого канала. Устройство снабжено механизмами для перемещения импульсного магнита вдоль и поперек направления пучка: механизмом 7, служащим для перемещения как целое камеры 1 с импульсным магнитом 3 вдоль направления пучка ускорителя (для конкретного примера исполнения данный механизм представляет две сильфонные развязки с направляющими шпильками между фланцами вакуумного тракта ускорителя и камерой 1), механизмом 8 для перемещения импульсного магнита по нормали к пучку, состоящим в конкретном примере исполнения из коакспального ввода с сильфонной развязкой и Ксрамического изолятора с фланцем. Сплошной линией на фиг. 1 обозначена траектория центра пучка в прямом канале, пунктирной линией — траектория центра пучка в боковом канале, стрелками показаны направления движения частиц в устройстве.

Длина l бокового окна выбирается из соотношения:

l= D — +d, Е где D — дисперсия электромагнита;

ЬŠ— — энергетический разброс пучка

Е в%;

d — величина хода механизма для перемещения импульсного магнита вдоль направления пучка.

Плоскость окна б для выпуска частиц в прямой канал составляет угол и с осью ускорителя и определяется из соотношения:

61

Ctg a:

Н

Такое устройство для разводки пучка по каналам работает следующим образом.

Пучок заряженных частиц поступает на вход камеры 1, проходит через входное окно 4 импульсного магнита 3 и отклоняется полем электромагнита 2 через окно 5 импульсного магнита в боковой канал.

При подаче тока в импульсный магнит в нем создается поле, направленное противоположно полю постоянного магнита, чем достигается условие компенсации и пучок через окно б проходит в прямой канал, где, например, захватывается ВЧ-полем ускоряющей секции и доускоряется до требуемой энергии, Для точного совмещения траектории пучка с направлением оси прямого канала необходимо выполнить условия: угол между траекторией центра пучка и осью прямого канала должен быть равным нулю на выходе устройства; отклонение центра пучка от оси канала равно нулю на выходе устройства. Величина тока питания в импульсном магните выбирается такой, чтобы интеграл от результирующего поля по траектории центра пучка в устройстве был равным нулю, в этом случае в прямом канале сохраняется первоначальное направ752827 ление пучка. Поскольку результирующее поле представляет сложную функцию продольной и поперечной координаты, разную при разных энергиях пучка, то нулевое отклонение центра пучка от оси канала на выходе устройства может быть лишь при определенном расположении импульсного магнита относительно поля электромагнита.

Для совмещения центра пучка во всем энергетическом диапазоне с осью прямого канала служат механизмы 7 и 8 для перемещения импульсного магнита.

На фиг. 3 показано отклонение центра пучка от оси канала в зависимости от перемещения импульсного магнита вдоль продольной координаты.

Настройка при заданной энергии пучка производится так, чтобы обеспечить нулевое отклонение центра пучка на выходе устройства от оси канала.

На фиг. 2 показано преобразование фазового объема пучка в разных сечениях для конкретного примера исполнения, где а— начальный эмиттанс пучка, б — эмиттанс пучка на входе в импульсный магнит, в— эмиттанс пучка в начале бокового окна, г — эмиттанс пучка в конце бокового окна, д — эмиттанс пучка на выходе импульсного магнита, е — эмиттанс пучка на выходе устройства. Дефокусировка пучка, сечение г, полностью устраняется правильным выбором угла а (сечение д, е).

Достоинства данного устройства заключаются в простой технологии изготовления.

Кроме того, для облегчения юстировки и обеспечения устойчивости магнита в условиях импульсной работы, в рамку по краям могут быть запрессованы, например, керамические изоляторы, позволяющие осуществигь надежную центровку петли по отношению к апертуре вакуумной камеры с точностью +-0,1 мм, Таким образом, предлагаемое устройство, обладая сравнительно простой конструкцией, позволяет одновременно обеспечивать пучком два канала потребителей и согласовывать эмиттанс пучка с аксептансом этих каналов в широком энергетическом диапазоне с разными частотами посылок, 5

Формула изобретения

Устройство для вывода пучка заряженных частиц, содержащее электромагнит по1О стоянного тока и импульсный одновитковый магнит, расположенный между полюсами электромагнита, имеющий окна для впуска и выпуска ускоренных частиц, о т л и ч а юще еся тем, что, с целью упрощения кон15 струкции, импульсный магнит выполнен в виде цельнометаллической рамки-петли, имеющей форму прямоугольной трапеции с тремя окнами, расположенными соответственно в боковых сторонах и большом осно20 вании трапеции, снабжен механизмом для перемещения его вдоль и поперек направления пучка, а плоскость окна для выпуска частиц в прямой канал составляет с основанием трапеции угол а, удовлетворяющий

25 выражению

G.l сна:

Н где 6 — усредненный градиент магнитного

ЗО поля импульсного магнита, обусловленный наличием окна для выпуска частиц, расположенного в большом основании трапеции;

l — продольный размер этого окна;

З5 Н вЂ” усредненная напряженность поля в импульсном магните.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Козодаев А. И. и др. Система импульс40 ной коммутации пучка . линейного ускорителя. Препринт ИТЭФ-52, 1976.

2. Миронов E. С. и др. Компенсирующая система для ввода частиц в постоянное магнитное поле накопительной дорожки.

45 ПТЭ, 1968, X 055, с. 23 (прототип).

752827

Фиг.; фиг. 7

Г,чм

Фиг. 3

Составитель Е. Громов

Техред В. Серякова

Редактор Н. Коляда

Корректор Н. Федорова

Заказ 1459/7 Изд. № 403 Тираж 889 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3(-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2