Способ накопления ускоренных заряженных частиц в кольцевом накопителе

 

СПОСОБ НАКОПЛЕНИЯ УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В КОЛЬЦЕВОМ НАКОПИТЕЛЕ у включаккций инжекцию ускоренных частиц на орбиту и расши-ч рение поперечных размеров накопленного пучка, отличающийся тем, что, с целью увеличения времени жизни накопленного пучка, расширение его поперечных размеров осуществляют воздействием на пучок импульсным магнитным полем на локальных участках орбиты, при этом силовые линии импульсного магнитного.поля ориентируют параллельно направлению поперечных колебаний инжектируемых частиц. 9 СО X) -ч1 ел со СД

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) 3(51) Н 05 Н 13 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3328459/18-21 (22) 14.08.81 (46) 30.03.84. Бюл.12 (72) А.С.Мазманишвили и Л.В.Репринцев (53) 621.384.6 (088.8) (56) 1. Дербенев Я.С., Диканский Н.С., Пестриков Д.В. Труды Второго Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, М., Наука, 1972, т.2, с.62-63.

2. Григорьев Ю.Н. и др. Труды

XY Всесоюзного Совещания по ускорителям заряженных частиц, М., Наука ., 1975, т.2, с.341-344 (прототип). (54) (57) СПОСОБ НАКОПЛЕНИЯ УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В КОЛЬЦЕВОМ

НАКОПИТЕЛЕ включающий инжекцию ускоренных частиц на орбиту и расши рение поперечных размеров накопленного пучка, отличающийся тем, что, с целью увеличения времени жизни накопленного пучка, расширение его поперечных размеров осуществляют воздействием на пучок импульсным магнитным полем на локальных участках орбиты, при этом силовые линии импульсного магнитного. поля ориентируют параллельно направлению поперечных колебаний инжектируемис частиц.

9975

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке накопителей с высокой интенсивностью пучка.

Известен способ накопления ускоренных заряженных частиц в циклическом накопителе 11, включающий инжекцию ускоренных частиц на орбиту.

Согласно известному способу повышение интенсивности накопленного пучка достигается за счет устране- lO ния резонансов путем настройки внешней резонансной структуры. Недостатком известного способа является связь настройки резонансной структуры с параметрамг пучка, что сужает

его функциональные возможности.

Прототипом изобретения является способ накопления ускоренных заряженных частиц в кольцевом накопителе f2), включающий ижекцию ускоренных частиц на орбиту и расширение поперечных размеров накопленного пучка.

Согласно этому способу уменьшеHHG влиЯниЯ огРаничивающих HHTBH 25 сивность пучка резонансов достигается расширением его поперечных размеров путем повышения давления остаточного газа в камере ускорителя, взаимодействие с которым в результате рассеяния расширяет пучок.

Недостатком способа является уменьшение времени жизни пучка накопленных заряженных частиц изза рассеяния на атомах остаточного газа при увеличении давления в каме" ре накопителя.

Целью изобретения является увеличение времени жизни накопленного пучка. 40

Поставленная цель достигается тем, что в способе накопления заряженных частиц в кольцевом накопителе, включающем инжекцию ускоренных частиц на орбиту и расширение попереч- 45 ных размеров накопленного пучка, расширение его поперечных размеров осуществляют воздействием на пучок импульсным магнитным полем на локаль ных участках орбиты, при этом силовые линии импульсного магнитного поля орентируют параллельно направлению поперечных колебаний инжектируемых частиц.

На фиг. 1 показана блок-схема устройствадпя реализации способа;

55 на фиг. 2 - зависимость накопленного тока от амплитуды импульсного магнитного поля; на фиг. 3 — зависимость времени жизни пучка от величины накопленного тока.

Устройство для реализации способа содержит кольцевой накопитель 1, линейный ускоритель 2, ударный магнит 3, генератор 4, поворотный механизм 5, телевизионную передаю- 55

95 э

/ щую трубку 6, осциллограф 7, датчик

8 тока, измеритель 9 времени жизни накопленного пучка. На фиг. 3 кривая

10 соответствует накоплению с импульсным магнитным полем, кривая 11беэ него.

Согласно данному способу в накопитель 1 производится инжекция электро нов, ускоренных в линейном ускорителе 2, и включается импульсный ударный магнит 3, амплитуда поля, длительность и частота следования импульсов которого задается генератором 4, а с помощью поворотного механизма 5 дистанционно обеспечивается необходимая ориентация силовых линий импульсного магнитного поля.

На осциллографе 7 с помощью телевизионной передающей трубки 6 типа диссектор отражается поперечное (вертикальное или радиальное) распределение плотности накопленного пучка. Сигнал с датчика 8 тока поступает на измеритель 9 времени жизни накопленного пучка.

На фиг. 2 приведен график, отра жающий зависимость накапливаемого тока от амплитуды импульсного магнитного поля. Измерения проведены при частоте следования 1 = 5 кГц, частоте вертикальных бетатронных колебаний >z 34,3 МГц. Проведенные измерения показали, что максимально накапливаемый ток увеличивается с

3 0,,5 А (импульсное магнитн е поле выключено) до 3 = 1,5 A (амплитуда импульсного магнитного поля составляет 1,5 Э), т.е. в 3 раза. При этом вертикальные размеры накопленного пучка увеличиваются с 0,1 см до

0,23 см.

На фиг. 3 приведены зависимости времени жизни накопленного пучка от величины накопленного тока. На орбите удерживался путем воздействия импульсного магнитного поля максимальный накапливаемый ток, после чего инжекция заряженных частиц внутрь накопителя выключалась, и проводились измерения временной динамики тока обращающихся в накопителе частиц. Проведенные измерения показали, что время жизни накопленного пучка при работе импульсного магнита (кривая 10) превышает время жизни накопленного пучка с выключенным импульсным магнитом (кривая ll), После того, как при включенном импульсном магнитном поле достигнут максимальный накопленный ток, импульсное поле можно выключить. Тогда за временной интервал, близкий к времени затухания, поперечные размеры накопленного пучка адиабатически затухнут к невозмущенным равновесным размерам. Поскольку время жизни значительно превышает время затуха-, ния, то получившийся в результате

997595 пучок заряженных частиц будет обладать повышенной светимостью.

В этом способе выбор параметров возмущающего магнитного поля обусловлен следующими соображениями.

Одним из основных каналов гибели частиц является пу: цесс резонансного взаимодействия инжектируемого пучка. Если, например, инжекция производится по радиусу, тогда инжекционные частицы, совершая радиальные колебания, будут испытывать (дважды эа период радиальных колебаний) кулоновское взаимодействие с интенсивным пучком заряженных частиц около равновесной орбиты, состоящим из на- 15 копленных электронов и инициированных электронами ионов. Поскольку длительность пролета индекционного пучка сквозь область, занятую накопленными электронами и, соответ- р

"ственно, ионами мала по сравнению с периодом радиальных колебаний, полоса возбуждаемых частот радиальных колебаний расширяется для инжеи- ционных частиц в R / 6 раз, где расстояние между местом инжекции и равновесной орбитой, 6 — поперечный размер области, занятой накопленным пучком. Поэтому возможно эффективное возбуждение колебаний на резонансах типа Yz + Мр + в Vg, где м, п, 6 — целые числа: ", Ч„,и Чc —. приведенные частоты бетатронных (вертикальных и радиальных) и синхронных колебаний соответственно.

Из Scex возможных комбинаций чисел

И, ю и В отбираются те группы, которые удовлетворяют резонансному условию, а наиболее эффективно будет возбуждаться тот резонанс, для которого и и m минимальны. Если 40 накопленный пучок достаточно интенсивен и имеет малые вертикальные размеры, то амплитуда вертикальных бетатронных колебаний при попадании на резонанс может увеличиться настолько, что инжектируемые частицы будут выпадать из процесса накопления, взаимодействуя с конструктивными элементами внутри камеры накопителя. Это может пРоизойти, например, если амплитуда вертикальных колебаний превысит размеры верти. .кального зазора инфлектора до того, как осуществится выход инжектируемо. го пучка из инфлектора по радиусу за счет радиационного затухания.

Амплитуду возбуждаемых вертикальных колебаний инжектируемых частиц можно уменьшить, если увеличижь вертикальные размеры накопленного пучка. Тем самым будут уменьшены 0 потери инжектируемых частиц в процессе их захвата и удержания, что и приводит к увеличению максимального накапливаемого тока на орбите.

По мере роста вертикальных размеров пучка будет увеличиваться и время жизни накопленного пучка заряженных частиц, а значит, время жизни максимального накапливаемого тока. Тенденция роста времени жизни накопленного пучка ограничена сверху конфиругацией ведущего магнитного поля в камере накопителя, т.е. су- ществует оптимум вертикальных размеров накопленного пучка, отвечающий максимуму его времени жизни.

Увеличение вертикальных размеров накопленного пучка без изменения режима работы накопителя обеспечивается путем воздействия на локальном участке орбиты импульсами возмущающего магнитного поля, если ориентировать его так, чтобы силовые линии магнитного поля были направлены по радиусу, т.е. были параллельны направлению колебаний инжектируемого по радиусу пучка заряженных частиц. Воздействие импульсов магнит. ного поля с частотой, меньшей частоты вертикальных бетатронных колебаний, с длительностью, меньшей или равной периоду обращения частиц, с периодом следоьания, меньшим, чем время затухания вертикальных бетатронных колебаний, и с амплитудой, меньшей амплитуды ведущего магнитного поля в камере, приводит к возбуждению вынужденных вертикальных колебаний накопленных заряженных частиц, В результате воздействия таких процессов, как рассеяние на молекулах остаточного газа в камере и спонтанной эмиссии квантов, колебательное вертикальное движение разных частиц примет независимый и слу. чайный характер, поэтому в установившемся стационарном режиме накопленный пучок будет иметь в вертикальном направлении гауссову плотность, причем приращение квадрата вертикальной дисперсии, обусловленное воздействием импульсов магнитного поля, пропорционально произведению частоты следования на квадрат их амплитуды. Выбором частоты следования и,амплитуды импульсов возму- щающего магнитного поля можно достиг. нуть оптимума вертикальных размеров накопленного пучка при отсутствии в большом количестве рассеивающего пучок остаточного газа (в .прототипе)

За счет этого и достигается увеличение времени жизни пучка по сравнению с прототипом.

997595 ,,Составитель В. Краснопольский

Редактор Н.Коляда Техред С.Легеза Корректор Г.Решетник

Заказ 2410/4 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