Способ ускорения пусков заряженных частиц

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетскик

Социалистических

Республик

111) 44624 r3 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено19.03.70,(21) 1415431/26 25 (51) М. Кл.

Н 05Н 9/00 с присоединением: заявок №1607630/26-25 и Ж 1670807/26-25 (23) ПриоритетГосударственный квинтет

Совета Мнннстров СССР по делам нэвбретеннй н открытнй (43) Опубликовано 25.03.76.Бюллетень № 11 (45) Дата опубликования описания 16.04.76 (53) УДК621.384.6 (088.8) (72) Авторы изобретения

Q. Г. Зайдин и В. К. Карпасюк (71) Заявитель (54) СПОСОБ УСКОРЕНИЯ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИ11 где Рк — продольная составляющая век

5 тора электрического смещения; Пят - приращение D на длине вол""Уь

Q "PS - соответственно скорости вол-!

О ны и частицы, отнесенные к скорости света;

- диэлектрическая проницаемосте1

Т среды

5 — синхронная фаза.

15 В случае возбуждения в ускоряющей сн .теме осесимметричного электромагнитного поля продольную составляющую электри ческого вектора Е 2, íà оси можно эа-, писать следующим образом:

20 х г, =г.-т=г. - -j —;;;и-) где Eg - амплитуда волны электрического поля;

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в линейных ускорителях.

Известен способ ускорения заряженных частиц в линейных ускорителях, при котором, с целью обеспечения фазовой и радиальной устойчивости за счет самого ускоряющего поля, периодически вдоль ускорителя изменяют знак синхронной фазы. Не.достатком способа является сложность его

; конструктивной реализации.

Предложенный способ отличается тем,,что знак синхронной фазы в процессе ускорения остается неизменным, а ее абсолют

° ную величину и амплитуду эквивалентной ,бегущей волны одновремечно или по отдельности изменяют таким образом, что относительное приращение продольной составляющей вектора электрического смещения на длине волны превышает абсолютное значение тангенса синхронной фазы, умноженное на 21l (1- а ), где а - произведение диэлектрической проницаемости среды и относительных скоростей частицы и волны:

> г. и- c» ) t.g чн I, Dz

П одпис ное

Филиал Illa Патент, г.ужгород, ул. 1 агарина, 101

2, — продольная координата, . время, и — скорость света, а фаза отсчитывается от максимума функции со6 и спадает в направлении ускорения. При этом обычное условие фазовой 5 устойчивости tg < О может быть удовлетворено одновременно с выполнением условия (1). Следует иметь ввиду, что в волне вида (2) максимум функции

coS 9 не совпадает с максимумом волны, 10 поэтому синхронные фазы, соответствующие условиям одновременной фокусировки и группировки, могут приходится как на воз- растающий, так и на спадающий фронт волны. 15

Как известно, кривизна осесимметричной волны определяется зависимостью фазы воп» ны от радиуса, т.е. от расстояния до оси.

Например, в плоской волне фаза не зависит от радиуса. Зависимость фазы осеоимметри . _#_ чной волны от радиуса, 8 следовательно, и степень кривизны фронта волны, представляющего собой изофазную поверхность, характеризуется второй производной от фазы до радиусу, которая, как следует из уравнений Максвелла, связана с остальными параметрами следующим соотношением: а Т а

В У я Вт ь ЗО где А - длина волны в свободном пространстве. Из этого соотношения видно, что еспя фронт волны, т.е. поверхность равных фаз, искривлен и сходится в направлении ускорения (обращен вогнутой стороной в направле-®

; ни ускорения) „иными словами, если — ц то, например, в среде с постоянным

ДЕ ф

Э 2

Б амплитуда волны Е, возрастает si направлении ускорения, что позволяет выполнить условие (l) и, следовательно, обеспечить одновременную фокусировку и группи ровку ускоряемых частиц.

При проверке предложенного способа путем численного моделирования движения протонов в линейном ускорителе с трубками дрейфа в области низких энергий установлено,. что одновременная фокусировка и фазиоовка частиц имеет место при линейном . изменении вдоль ускорителя амплитуды вол- О ны в ускоряющих промежутках (что соответ- ствует приблизительно линейному росту амплитуды эквивалентной бегущей волны в зависимости от скорости).

0НИИПИ Дрказ 147 Тираж 1029

Жесткость радиальных колебаний (т.е фокусирующая сида) возрастает, если одновременно с пространственным нарастанием

E g вносится пространственное нарастание фазы

Интервал фазового захвата оказывается особенно большим, если угол пролета ускоряющего промежутка превышает

При этом синхронная фаза, понимаемая как фаза пролета электрического центра промежутка, приходится на спадающий склон волны. ;Например, если ускорение протонов начинается с энергии 100 кэв, фаза влета в каждый из ускоряющих промежутков равна

2,88 рад, фаза вылета +3,12 рад, кратность периода ускорения 2, амплитуда поля в первом промежутке 75 кв/см и в дальнейшем от промежутка к промежутку поле нарас-.. ает пропорционально скорости синхронной частицы, то интервал фазового захвата достигает примерно 70 при набеге фазы радиальных колебаний на периоде 0,4 рад.

Необходимое изменение амплитуды и фазы вапны вдоль ускорителя может быть, в частности, достигнуто соответствующим изменением углов пролета ускоряюших промежутков и участков дрейфа.

Ф ор мул а изобретения

1. Способ ускорения пучков заряженных частиц, основанный на взаимодействии заряженных частиц с эквивалентной бегущей электромагнитной волной, например, осесимметричного строения, амплитуда которой и фаза синхронной частицы изменяются в направлении ускорения, о т л и ч а ю щ и Йс я тем, что>с целью обеспечения одйо- . временной фазовой и радиальной устойчивости, амплитуду волны и фазу синхронной частицы в процессе ускорения монотонно изменяют так, что относительное приращение продольной составляющей вектора электрического смешения на длине волны превышает абсолютное значение тангенса синхронной фазы, умноженное на 2Я (1 - с ), где

Я вЂ” произведение относительных скоростей частицы и волны диэлектрической проница.емости среды.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что ускорение осуществляют в электромагнитной вапне с криволинейным фронтом, сходящимся в направлении ускорения.