Способ продольной фокусировки релятивистских заряженных колец

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3I9lll

Союз Советских

Социалистических

Респуелик

Зависимое от авт. свидетельства М

Заявлено 31.III.1970 (№ 1421797/26-25) МПК Н 05h 9/00 с присоединением заявки М

Приоритет

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 28.Х.1971. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 4.1.1972

УДК 621Л84.6(088.8) Автор изобретения

К. А. Решетникова

Объединенный институт ядерных исследований

Заявитель

СПОСОБ ПРОДОЛЬНОЙ ФОКУСИРОВКИ РЕЛЯТИВИСТСКИХ

ЗАРЯЖЕН НЬ1Х КОЛЕЦ

Изобретение относится к способам фокусировки заряженных частиц и может быть использовано в коллективных линейных ускорителях ионов, а также в соответствующих системах для генерации радиоволн. 5

В настоящее время для поддержания постоянной плотности электронов в кольце с большим круговым током используется фокусировка силами торможения в металлической трубе, окружающей кольцо. При этом экран 10 должен быть разрезан на полосы вдоль движения кольца.

Недостаток известного метода состоит в высоких требованиях на точность проводки кольца по оси трубы: отклонение центра коль- 15 ца от оси трубы не должно превышать расстояний порядка малого радиуса. Кроме того, при больших скоростях движения кольца вдоль трубы появляются силы тормо>кения кольца из-за конечной проводимости стенок. 20

Цель изобретения — разработка способа фокусировки, пе. требующего жестких допусков па проводку кольца по оси системы и применимого при больших продольных скоростях кольца, что повышает к.п.д. ускори- 25 теля и уменьшает потери частиц.

Цель достигается использованием периодического в пространстве магнитного поля, глу.:бину и длину волны модуляции которого подбирают так, чтобы поля в кольце, возникаю- 30 щие пз-за наличия ускорений, компенсировали бы кулоновскос расталкивание в продольном направлении.

При этом произведение квадрата глубины модулизацип магпитного поля на квадрат числа л, квадрат радиуса сечения кольца и логарифм отношения большого радиуса кольца к р адиусу сечения, отнесенное к удвоенному квадрату длины волны модуляции магнитного поля, должно превосходить величину, обратную значению квадрата релятивистского фактора электронов.

Воздействие на движение частиц периодического в пространстве магнитного поля проявляется в том, что азимутальное движение переходит в аксиальное и наоборот, так как из-за наличия Н„-компоненты поля появляются силы в т- и z-направлениях, приводящие к соответствующим ускорениям и появлению периодических колебаний т>„и v,-компонент скорости. В системс координат, движущейся со скоростью v,„, где v,„ — скорость кольца прп влете в поле, возникает Е -поле, которое периодически меняет энергию частицы. При этом частица оказывается тяжелее в то время, когда Н,-поле больше, и легче, когда Н;поле меньше. Наличие ускорения кольца, как целого, приводит к появлению дополнительных ппдуцирова собственных полей кольца

Е, и Е,, пропорциональных числу частиц в

319111

„2) „2,2 и P 9 еН, где со. = тоет, циклотронная частота в выбранной системе коор-динат, 10

Предмет изобретения шой радиус сечения кольца).

Составитель И. В. Домнин

Редактор И. А. Орлова Техред А. Камышникова Корректор Т. Китаева

Заказ 3548/16 Изд. № 1501 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4)5

Типография, пр. Сапунова, 2

3 кольце и ускорению равновесной частицы в кольце от Н;компоненты внешнего поля, взятому с противоположным знаком. Т. е. когда равновесная частица ускоряется внешним полем, индуцированное Е;поле замедляет другие частицы кольца, находящиеся впереди равновесной.

Частицы, идущие впереди равновесной, тормозятся/в моменты времени, когда они легче, а ускоряются, когда тяжелее. Частицы же, идущие позади равновесной, тормозятся в моменты, когда они тяжелее, а ускоряются, когда легче. Поэтому в среднем передние частицы тормозятся, а задние частицы ускоряются индуцированным полем. Поскольку величина индуцированного поля пропорциональна числу частиц в кольце, то в среднем при определенных условиях сжатие, - обусловленное наличием индуцированных полей, может компенсировать кулоновское расталкивание частиц в кольце.

Условие аксиальной (продольной) фокусировки запряженного тонкого кольца: тРа х 1о гн

21Р "fq здесь а== — глуоина модуляции, л — длина

Н

Й, волны модуляции, а — радиус сечения кольца в системе координат, движущейся со скоростью v,, где P — азимутальная скорость кольца в

8п этой системе координат, L= (r — больа

Радиальный размер сечения кольца достаточно эффективно поддерживается постоянпым магнитным полем. Условие радиальной устойчивости:

e Ì а = ленгмюровская частота, -г а т .ь

N — число частиц в кольце.

П р и мер. Если N=10", r=5 си;, а=10- си, а=2 10, v, =10, у. =60, L=4Ä

15 то условие продольной фокусировки выполняется при длине волны модуляции 1=60 с,и„ условие радиальной фокусировки при

О 104(„)2 4,10 < рс 2 Р 10 7с ре — в э1 и

20 1т

Предложенный метод фокусировки, использующий поля, возникающие при движении в периодическом магнитном поле, не требует высокой точности проводки по оси системы и

25 может быть применен при больших v,„.

Способ продольной фокусировки релятивист30 ских заряженных колец в периодическом в пространстве магнитном поле, от4ичаюи1ийся тем, что, с целью уменьшения потерь частиц и повышения к.п.д. ускорителя, период и глубину модуляции магнитного поля выбирают

35 таким образом, чтобы произведение квадрата глубины модуляции магнитного поля на квадрат числа тс, квадрат радиуса сечения кольца и логарифм отношения большого радиуса кольца к радиусу сечения, отнесенное к

40 удвоенному квадрату длины волны модуляции магнитного поля, превосходило величину, обратную значению квадрата релятивистского фактора электронов.