Ускоряющая система линейного ускорителя

 

1. УСКОРЯЮЩАЯ СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ тяжелых ионов с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой, содержащая высокочастотный резонатор с ускоряинцей структурой , выполненной в виде ускорягацефокусирующих электродов с периодически изменяющимися поперечными размерами , причем диагональные электроды соединены поперечными перемычками, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения размеров и веса системы и повьппения степени равномерности распределения наг.ряжения по длине структуры, высокочастотный резонатор вьтолнен в виде последовательно соединенных продольных отрезков резонирующей длинной линии, имеющих протяженность меньше четверти длины волны, точки соединения которых заземлены через поперечные шлейфы . 2.Система поп.1, отличающаяся тем, что продольные отрезки резонирующих длинных линий вьтолш нены в виде двухпроводной линии, каждый проводник которой подключен к соответствующим перемычкам, соединяющим диагонально расположенные электроды . 3.Система поп.1, отличающаяся тем, что ускоряюще-фокусирующие электроды выполнены в виде продольных участков резонируюпцлс 00 линий. со 4.Система поп.1, отличаюО СР щаяся тем, что шлейфы выполнены в виде сосредоточенных индуктивностей с эквивалентным импедансом. ел s|

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Ю Ф

РЕСПУБЛИК (19) (11} (51) 4 Н 05 Н 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СЗИДЕТЕХЗЬСТВУ

Р ГчрГЩР,.g(å q q (21) 2959693/18-21 (22) 25.07.80 (46) 15.08.85. Бюл. }) 30 (72) P Ì.Âåíãðîâ, Е.Н.Данильцев и И.M,Êàï÷èèñêèN (53) 62 1.384.6 (088.8) (56) 1.Тепляков В.А. Исследование высокочастотной квадрупольной фокусировки в линейных ускорителях ионов.

Труды II всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. М., "Наука", 1972, с. 7-11.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2915248, кл. Н 05 Н 9/04, 1980. (54) (57) 1. УСКОРЯК61АЯ СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ тяжелых ионов с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой, содержащая высокочастотный резонатор с ускоряющей структурой, выполненной в виде ускорякщефокусирукв(их электродов с периодически изменяющимися поперечными размерами, причем диагональные электроды соединены поперечными перемычками, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения размеров и веса системы и повьгшения степени равномерности распределения напряжения по длине структуры, высокочастотный резонатор выполнен в виде последовательно соединенных продольных отрезков резонирующей длинной линии, имеющих протяженность меньше четверти длины волны, точки соединения кото-. рых заземлены через поперечные wreNфы.

- 2. Система по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что продольные отрезки резонирующих длинных линий выполФ иены в виде двухпроводной линии, каж- . Я дый проводник которой подключен к соответствующим перемычкам, соединяклцим диагонально расположенные электроды.

3. Система rro п.1, о т л и ч а ю — Я щ а я с я тем, что ускоряюще-фокусирующие электроды выполнены в виде продольных участков резонирукицих линий.

4. Система по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что шлейфы выполнены в виде сосредоточенных индуктивностей с эквивалентным импедансом.

890957 2

Изобретение относится к области ускорительной техники, в частности к линейным ускорителям ионов.

Известны ускоряющие системы с пространственно-однородной квадру— полькой фокусировкой, в которых электроды, ускоряющие и фокускрующие пучок ионов, запитываются с помощью объемных резонаторов. В качестве объемных резэнаторов, используемых для питания э.чектрадов с квадрупольной симметрией поля, были предложены четырехкамерные резонаторы (1) . Такие системы обладают достаточно малыми размерами и малым весом при частотах 15 ускоряющего поля не ниже 50 МГц. В этом диапазоне частот можно ускорять ионы с начальными скоростями не ниже (3 = 0,005. Однако тяжелые ионы (например, ионы урана) с энергией инжек-20 ции 100-200 кэВ, обеспечивающей достаточно вьсокую интенсивность пучка, обладают скоростями до Р =0,001.

Ускорение таких ионов в системе с пространственно-однородной квадру- 25 польной фокусировкой возможно, если частота ускоряющего поля не выше б-12 МГц. Обхемные резонаторы, обеспечивакнцие квадрупольную симметрию поля между электродами, в этом диапазоне частот оказываются весьма громоздкими и дорогими.

Наиболее близким техническим решением является ускоряющая система типа многоприводной линии с простран- 35 ственно-однородной квадрупольной фокусировкой, содержащая продольные электроды — вибраторы с периодически меняющимся по длине поперечным сечением, причем диаметрально распо- + ложенные электроды соединены попе-речными перемычками j2) . Недостатком этой системы является та, что при работе на низких частотах порядка 6-12 МГц и ниже размеры системы оказываются очень большими; напряжение между электродаии .распределяется вдоль оси ускорителя неравномерно, что снижает средний темп ускорения и эффективность фокусировки. 50

Целью изобретения является уменьшение размеров и веса ускоряющей системы и повышение степени равномерности распределения напряжения по длине структуры. 55

Цель достигается тем, что в ускоряющей системе линейного ускорителя тяжелых ионов с пространственно-однародной квадрупольной фокусировкой, содержащей высокочастотный резонатор с ускоряющей структурой, выполненной в виде ускоряюще-фокусирующих электродов с периодически изменяющимися поперечными размерами и диагональными электродами, соединенными поперечными перемычками, высокочастотный резонатор выполнен в виде последовательно соединенных продольных отрезков резонирующей длинной линии, имеющих протяженность меньше четверти длины волны, точки соединения которых заземлены через поперечные шлейфы.

Продольные участки резонирующих длинных линий выполнены в виде двухпроводной линии, каждый проводник которой подключен к соответствующим перемычкам, соединяющим диагонально расположенные электроды.

Ускаряюще-фокусирующие электроды выполнены в виде продольных участков резонирующих линий.

Шлейфы выполнены в виде сосредоточенных индуктивностей с эквивалентным импедансом.

На фиг. 1 приведена предлагаемая ускоряющая система, в которой ускоряюще-фокусирующие электроды запитываются ат двухпроводной опорной линии; на фиг. 2 — двухпучковыи вариант системы, на фиг. 3 — коаксиальная конструкция ускоряющей структуры; ка фиг, 4 — конструкция, в которой продольные участки длинной линии одновременно являются ускоряющефокусирующими электродами, создающими ускоряющее и фокусирующее поле квадрупольной конфигурации.

Ускоряющая система, приведенная на фиг. 1, содержит опорную двухпроводную линию 1, шлейфы 2, ускоряющефокусирующие электроды 3, укрепляемые на штангах ч.

Для создания высокочастотного паля с приблизительно постоянной амплитудой напряжения между электродами двухпроводная линия 1 разбивается на продольные участки таким образом,, чтобы на каждом участке были использованы только части полуволн ускоряющего напряжения.

Для этого длина продольного участка должна быть короче Я /4. Настройка каждого участка двухпроводной линии в резонанс производится с помощью шлейфов 2. Подборам параметров шлей3 8909 фов продольное распределение амплитуд высокочастотного поля может быть выбрано близким к постоянному. Медные электроды 3, создающие квадрупольное поле, модулированы по поперечным размерам с периодом P h . Зти электроды попарно соединены кольцевыми перемычками и укреплены на двухпроводной линии с помощью штанг 4.

Работа системы осуществляется !О следующим образом.

При возбуждении опорной двухпроводной линии 1 на ней создается благодаря настроенным шлейфам 2 высокочастотное напряжение, почти 15 не . зависящее от продольной координаты, сколько бы волн не уложилось на всей длине опорной линии. С помощью штанг 4 это напряжение подается на четырехпроводную 20 систему электродов, создающих в пространстве взаимодействия с пучком квадрупольное поле. Модуляция. электродов по поперечным размерам обеспечивает образование, помимо попереч- 25 ного фокусирующего поля, также и продольного поля, используемого для ускорения и автофазировки ионов. Ускоряющая система совместно с питающей линией должна быть помещена в вакуум-Зб ный кожух.

В ряде случаев, например для увеличения вдвое тока пучка, можно параллельно ускорить второй пучок с помощью второй, соединенной с той же питающей линией, ускоряющей системы (см. фиг. 2) . Если ионный источник дает пучок с малым током,или если условия по плотности пространственного заряда не позволяют ускорить весь 0 необходимый пучок одновременно„ то в одном вакуумном кожухе можно поместить четыре или более систем квадру" польных электродов, запитав их от единой опорной линии. 45

Кроме двухпроводной линии типа

Лахера, в качестве резонансных эле57. 4 ментов может быть использована коаксиальная линия (см. фиг. 3), содержащая внешний проводник 5 коаксиальной питающей линии, внутренний проводник 6 коаксиала, система 3 ускоряюще-фокусирующих электродов, шлейфы 2.

Конструкции, в которых резонансные элементы и ускоряющая структура разделены, могут быть выгодны тем, что позволяют раздельно оптимизировать параметры системы высокочастотного питания и параметры системы ускоряющих — фокусирующих электродов, В этих конструкциях упрощается также обеспечивание механической поперечной жесткости ускоряющей структуры, электроды которой имеют сложный профиль и прецизионные допуски, передав функцию обесгечения жесткости питающей и одновременно механической опорной линии. Однако использование опорной питающей линии не всегда оправдано. Более простой является конструкция, где в качестве участков длинной линии с приблизительно равномерным распределением амплитуд высокочастотного напряжения используются сами модулированные электроды, создающие квадрупольное поле. В этом случае попарно соединенные электроды непосредственно нагружаются шпейфами для настройки линии на заданную час- ° тоту (см. фиг. 4). Работа системы, представленной на фиг. 4, аналогична описанной выше работе системы с опорной линией.

Шлейфы, обеспечивающие резонансную настройку отрезков длинной линии, имеют положительный входной импеданс. При низких частотах ускоряю- . щего поля, когда длина линейных шлейфов может оказаться слишком большой, последние могут быть заменены сосредоточенными индуктивностями с эквивалентными линейными шлейфами импедансами.

890957

Фиа,У редактор О.Юркова Техред А.Бабинец корректор Л.Пилипенко

Подписное

Филиал ППП "Патент" г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 5764/2 Тирак 794

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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