Способ создания заряженного сгустка частиц

ОПИСАНИЕ

Ii i! 493942

Сан1з Советских

Социалистйческих

Республин

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.01.63 (21) 960387/26-25 с присоединением заявки Kе (23) Приоритет

Опубликовано 30.11.75. Бюллетень № 44 (45) Дата опубликования описания 05.04.78 (51) М. Кл.2 Н 05k 9/00

Н 05}1 7/08

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.384.6 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Векслер и В. П. Саранцев (71) Заявитель (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЗАРЯЖЕННОГО СГУСТКА ЧАСТИЦ

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к методам коллективного ускорения.

Известен принцип ускорения заряженных частиц, основанный на использовании коге- 5

Рсптпoгo ВзапмодейстВия ЗЯРЯженпого сгт стка частиц со струей релятивистских электронов, элсктромаг1штной Во:шой илп сгустком релятивистских электронов. Для дву.; указа1шых вариантов ускорс,iíÿ необходимо создание 10 сГУсткОВ) сОДеPII(HIIIH:(ДостЯто llio Оольшое Количество la тиц с зарядом одно-.о знака. Однако еслп сконцентрировать большое число одноимеш.о заряженных частиц I., ко.;!пактный с,усток, то силь! кулоновского отталки- 15

Вапкя приведут к тому, что режим ускорения нс может осуществляться сколы(о-нибудь длительное время: сгусток рассыпется тем быстрее, чем больше б дст частиц в сгустке. Поэтому для эффективного ускорения необходимо 20 найти с:особ, обеспечивающий существование отпосителы1о устойчивых сгустков, обладающих достаточно большим зарядом. Экспериментаторы пытались создать самофокусирующиеся нсйтрализогапные по заряду пучки, 25 ускоряя электро ь! разря>к; ш1ой плазмы. Раз. Ообразп i;:ес: ябпльности, Возн1!ка!Ощпс при нарастанпи тока В плазме, нарушалп процесс ускореш;я.

Во всех этих работах рассматривались нейт- 30 рализованные по заряду пучки. Для осуществления же задачи когерентного ускорения необходимо создание заряженных сгустков с заданным отношением числа электронов к числу конов.

С целью повышения устойчивости кольцевые сгустки, содержащке релятивистские электроны, образу!Отея путем внешней инжекции в слабо фокуспрующее, быстро нарастающее во времени магнитное поле мощного пучка электронов, уже обладающих значительной энсрГие!1. IpooTOÉ расчет пок:зыВаст, что мяГнитное голе с 1ЯИРЯжепностыо 1fp э и показаЬо. Р, телем спя,тя поля n = на равновесН ЛК

ИОЙ op oil; i радиуса R может удержать II) чок электРонов с эпеРгпей Ilpc j, если IIQJIHoP число электронов на орбите удоьлетворяет неравенству

g 3

- тое p

1 1 е Ъ е 1( где b — радиус сечения пучка.

При современных технических возможностях можно получпть 1че впг!Оть до 10 ". Прп этом компенсация сил кулоновского расталкива!шя электронов осуществляется магнитным полем, как во всех обычных ускорителях.

В настоящее время известно два ограничения на число частиц в таком потоке электро493942

F Ne т:аа

Составитель П. Домнин

Техред E. Подурушина

Коррскторь1: Д, Брахнина и T. Добровольская

Редактор Г. Яковлева

Заказ 902/14 Изд.. и 30:1 Тираж 369

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР ио делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K-35, Раугпская паб., д. 4/5

Подписпос

Типография, пр. Сапунова, 2 нов — это явление так называемой «отрицательной» массы и дефокусировка пучка. В плотных пучках дробление пучка за счет «отрицательной» массы происходит, если выполнено следующее условие

«>io С С вЂ” а

)1, b, 1оотосо1за С ь- а где С вЂ” радиус камеры, в которой образуется сгусток. Для релятивистских частиц это ограничение очень слабое и резко падает с увеличением 7. Выбирая определенным образом размеры камеры, можно даже при малых значениях сконцентрировать в кольце У 10 " .

Чтобы избежать дефокусировки, т. е. увеличения сечения пучка, необходимо выполнить условие

2о (I, 1 где v — погонная плотность электрона; Для интересующей нас области Ne это условие всегда выполняется. Для того, чтобы при внешней ннжекции добиться эффективного захвата подобного пучка в магнитное поле, необходимо осуществить достаточно быстрое нарастание магнитного поля во времени. Если за время одного-двух оборотов электронов магнитное поле увеличится на величину, больb шую, чем — г1о, то весь инжектируемыи пучок

R будет захвачен. В дальнейшем из-за нарастания магнитного поля и соответственно у все захваченные электроны будут удерживаться магнитным полем, при этом размеры сгустка уменьшаются — )/ Л .

Дальнейшее нарастание магнитного поля можно сделать медленным. Выбирая необходимые конечные размеры сгустка, можно рассч атать соответствующие конечные значения напряженности магнитного поля.

Инжекция ионов также внешняя. При инжекции на ионы действуют две силы — сила

Лоренца от магнитно-о поля, а также электрическая сила со стороны электронного пучка.

3TO IIOOJIPQHIIJI сIIJI2 IipH JIOCTBTOMHO áOльшом числе электронов в пучке будет значительной. (Например, для числа электронов 10" у=2,5, диаметре электронного кольца 1 м напряженность поля на границе пучка 15 — 20 кв/см).

Ионы захватываются такой электронной ямой и колеблются в этой яме. На энергию инжекции ионов накладывается единственное условие: энергия не должна превышать глубины потенциальной ямы. При возрастании магнитного поля глубина ямы существенно возрас10 тает и для приведенного примера при конечном радиусе кольца в 4 см достигает величины 10 В/см. Путем изменения величины начального магнитного поля и начальных значений у, а, b можно в широких пределах менять глубину потенциальной ямы, которая создается кулоновским полем релятивистских электронов и держит ионы внутри кольца.

Глубина ямы определяется силой, действующей на покоящийся ион, находящийся на по20 верхности кольца. Эта сила, как известпо, равна

25 Таким образом, предложенный способ позволяет получить заряженные кольца диаметром в несколько сантиметров, содержащие смесь ионов и электронов с эффективным значением отношен..1я заряда ионов к массе

30 практически таким же, как для электронов, и достаточно прочной внутренней связью электронов и ионов.

Предмет изобретения

1. Способ создания заряженного сгустка частиц кольцевой формы, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивос-, и сгустка, его формируют путем инокекции элект40 ронного пучка в слабофокусирующее быстронярястяющее ВО Времени мяг11ит110е ВОле с по "ледуюшей инжекцисй в кольцо медленных ионов.

2. Способ 1о и. 1, отлича1ощий-я тем, 45 что число зарядов в сгустке и его характерные разме )ы изм i,ÿIOT путем изменения о, IIOс11телыlой энергии элсктр01!0В и ня!Iряже111 0сти ма; 1111тно: î iiO..я во времени.