Способ фокусировки трубчатого пучка ионов с начальной азимутальной скоростью

 

СПОСОБ ФОКУСИРОВКИ ТРУБЧАТОГО ПУЧКА ИОНОВ С НАЧАЛЬНОЙ АЗИМУТАЛЬНОЙ СКОРОСТЬЮ,включающий пропускание пучка ионов через область пространства с продольным аксиально-симметричньам магнитным полем конечной длины, отличающийся Лгем, что, с целью уменьшения размеров изображения пучка ионов после прохождения области пространства с магнитным полем, осуществляют обдирку ионов после прохождения ими краевого магнитного поля путем пропускания пучка через углеродную пленку, при этом осевую составляю- ; щую аксиально-симметричного магнитного поля направляют вдоль вектора, образующего левовинтовую пару векторов с начальной азимутальной скоростью ионов, а велич.ину напряжен- 1 ности магнитного поля Н и его осевую протяженность L, выбирают из условия Н RolV ,) fmcV,. . где Н напряженность магнитного поля L, - его осевая протяженность; m - масса иона; v начальная азимутальная (Л скорость ионов; Vzначальная осевая скорость иона; RQ - начальный радиус трубчатого пучка ионов; заряд иона до обдирки; заряд иона после обдиЬкн; CD С - скорость света, а коэффй циенты я fy, выбираются a: из условия /f 12/ 2 СП 1.()или, 4 IL 2е, . oo l7,( ;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (Иу i

3(5уу Н 05 Н 7 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

3(- (.1>(.) у; У-4Ж(уу() .(ИН ). (,,ц » "() ГЕ((4 к,(е;е

Утс Ф 4 н

2 напряженность магнитного поляу его осевая протяженностьу масса иона; начальная азимутальная где Н

z заряд иона до обдиркиу заряд иона после обдиркну скорость света, а коэффи" циенты f и выбираютсЯ из условия

Е1— ()7

1> — -1

eg<

- -в „

МХ24 +1

1 (21) 3257771/18-21 (22) 26.03.81 (46) 15.03.84; Бюл. 9 10 (72) Н.И.Тарантин (71) Объединенный институт ядерных исследований (53) 621.384.6(088.8) (56) 1. Кузнецов A.Á ., Прейзендорф В.A. Преобразование эмиттанса ионного пучка коллективного ускорения. Сообщение ОИЯИ, Р9-80-821, Дубна, 1980.

2. Бекфорд А. Транспортировка пучков заряженных частиц ..

Атомиздат, М., 1969, с.149-154 (прототип). (54 ) (5 7 ) СПОСОБ ФОКУСИРОВКИ ТРУБЧАТОГО ПУЧКА ИОНОВ С НАЧАЛЬНОЙ АЗИМУТАЛЬНОЙ СКОРОСТЬЮ, включающий пропускание пучка ионов через область пространства с продольным аксиально-симметричным магнитным полем конечной длины, о т л и ч а ю щ. и и с я тем, что, с целью уменьшения размеров изображения пучка ионов после прохождения области пространства с магнитным полем, осуществляют обдирку ионов после прохождения ими краевого магнитного поля путем пропускания пучка через углеродную пленку, при этом осевую составляю-: щую аксиально-симметричного магнитного поля направляют вдоль вектора, образующего левовинтовую пару векторов с начальной азимутальной скоростью ионов, а величину напряженности магнитного поля Н и его осевую протяженность (, выбирают из условия скорость ионов у начальная осевая скорость иона у начальный радиус трубчатого пучка ионову

Ф

961543

2m<

3ьсЧ 42 =н

М в интервале от 1 до

8 М 1<124-Г-

Изобретение относится к ускорите льной технике и может быть использовано для транспортировки ионов из ускорителя коллективного действия в экспериентальные установки или в другой ускоритель для дополнительного ускорения.

Известен способ Г13, включающий воздействие на вращающийся пучок радиально-направленными силовыми лини- 10 ями магнитного поля.

Недостатком известного способа является низкий коэффициент прохождения пучка через область взаимодействия с магнитным полем, что )5 обусловлено необходимостью использовать для реализации способа устройства с радиальными магнитопроводами на пути пучка.

Прототипом данного изобретения

1 является способ фокусировки трубчатого пучка ионов Г23, включающий пропускание пучка ионов через область пространства с продольным аксиально-симметричным магнитным полем понечной длины.

В известном способе фокусировка пучка ионов осуществляется за счет закручивания ионов вокруг оси пучка в результате взаимодействия его с радиальной компонентой краевого магнитного поля при входе в него, последующего взаимодействия азимутальной составляющей скорости ионов с продольной компонентой магнитного поля и раскручивания пучка при вы- Ç5 ходе из поля.

Недостатком изв естного способа при наличии большой начальной азимутальной скорости частиц являет- 40 ся то, что начальный азимутальный момент частиц не исключается магнитным полем. Это приводит к увеличению размеров изображения пучка ионов после прохождения области 45 пространства с магнитным полем.

Целью изобретения является уменьшение размеров изображения пучка ионов после прохождения области пространства с магнитным полем.

Поставленная цель достигается тем, что в способе фокусировки трубчатого пучка ионов, включающем пропускание пучка ионов через область пространства с аксиально-симметричным магнитным полем конеч,ной длины, осуществляют обдирку ионов после прохождения ими краевого магнитного поля путем пропускания пучка через углеродную пленку, при этом осевую составляющую аксиально- 60 симметричного магнитного поля направляют вдоль веКтора, образующего левовинтовую пару векторов с началь ной азимутальной скоростью ионов, а величину напряженности магнитного поля Н и его осевую протяженность

L выбирают из условия где Н вЂ” напряженность магнитного поля; его осевая протяженность; в — масса иона1

Ч вЂ” начальная азимутальная скорость ионов;

Ч вЂ” начальная осевая скорость

z иона; начальный радиус трубчатого пучка ионов; заряд иона до обдирки; заряд иона после обдиркиу

c — скорость света, а коэффициенты „ и f выбирают из условия

2 8 )z

1< j < - — < и и 4r,f y - - —;r е„ Г„

И Я 2

1 j >< -- при "-1,5 - =О23С1

> е„ -е = е„

На фиг.1 представлены траектории ионов в осевой плоскости и основные конструктивные элементы, необходимые для реализации способа; на фиг.2 траектория ионов в перпендикулярной оси плоскости. Для реализации способа необходимо использовать углеродную пленку 1 (или иной обдирающий элемент) и магнитную катушку 2. Траек. тории частиц обозначены цифрой 3.

Способ заключается в следующем.

Ионы, входящие в соленоидальное поле на расстоянии Rz от его оси симметрии, получают в результате действия краевого поля аэимутальную составляющую скорость V< йц е И /2 пс, где е„ - заряду в — масса иона; Н— напряженность соленоидального магнитного поля ° с — скорость света. Направление магнитного поля соленоида выбирают так, чтобы приобретенная скорость Vq была направлена в ту же сторону, что и первоначальная скорость вращения ионов . В результате этого ось симметрии поля оказывается внутри кольцевой траектории ионов в азимутальной плоскости. Ионы, проходя через обдирающий элемент, уве961543

Pia-2 личивают свой

Величину магнитного поля выбирают так, чтобы траектории ионов после увеличенчя заряда и уменьшения радиуса кривизны пересекали ось симметрии поля. При расположении обдирающего элемента в начале основного соленоидального поля, т.е. при значении азимутального угла 9 = О, необходимая величина поля И =2mcV /Р i

« <0> — „), где V+ — начальная азймутальная скорость иона. При Ч=Г

Н= 2тсЧ у(0 -8 )/Р E . Эти значения являются йаименьшим и наибольшим значениями необходимого. поля в зависимости От Отношения Cg / 1

Выпуск ионов из соленоидального поля производят в любой фазе следующего после обдирки движения, характеризуемого углом Ч ииклотронного вращения ионов, в интервале

0 9

При выходе ионов из соленоидального поля за счет действия краевого поля полностью исключается азимутальная составляющая скорости ионов, остается радиальная составлякщая, направленная к оси симметЬ

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4 рии; Этим обеспечивают точечную фокусировку ионов, имеющих одинаковую составляющую вращательной скорости и входящих в поле при т= К 0

Длину соленоида вьбирают, исходя из необходимого фокусного расстояния. Максимальная возможность длины соленоидального поля, обеспечивающего кроссовер пучка в плоскости выходной границы,1,„ „ = 4с Hg>

1Î при размещении обдирающего элеменри Ч=О и „,„„,=кЧ, Е„.Е,)/НЕ„Е при Ч = Ji . Здесь Y — осевая сосZ тавляющая скорости ионов.

15 Обдирка ионов ливь несущественно ухудшает эмиттанс пучка. K тому же она полезна для снижения магнитной жесткости ионов и уменьшения таким образом размеров дипольных и квадрупольных магнитов, используемых в системах последующей транспортировки и ускорения ионов °

Таким образом, повышение заряда ионов путем обдирки изменяет их

25 взаимодействие с магнитным полем, за счет чего и достигается положительный по сравнению с прототипом ,эффект.