Коллективный ускоритель ионов

Союз Соеетскнк

Соцналнстнческнх

Респубпнк

<>555791

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-sy— (22) Заявлено 2805.76 (21) 2138984/26-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет(5f)M. кл з

H 05 H 9/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 2311.81., Бюллетень М 43 (53) УА (621.384 6 (088. 8) Дата опубликования описания 2 31181 (72) Авторы изобретения

В.Л. Чахлов и В.А. Касьянов

Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском политехническом институте им C.N. Кирова (71) За яв и тель (54) КОЛЛЕКТИВНЫИ УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ

Изобретение касается ускорительной техники, в частности устройств, использующих для ускорения положительно заряженных частиц до высоких энергий коллективные собственные поля, создаваемые пучками электронов.

Известен коллективный ускоритель ионов (1)и(2), в котором электронное кольцо большой плотности создается в плоской вакуумной камере, расположенной в магнитном поле, создаваемом системой трех пар концентрических катушек. Магнитное поле, создаваемое этими катушками, обеспечивает формирование вращающегося электронного кольца большого радиуса .и последующее его сжатие с одновременным ускорением электронов пучка до энергии

25 МэВ. B сформированное таким образом электронное кольцо большой плотности вводятся ионы, подлежащие ускорению, а затем с помощью дополнительных катушек полученное электронно-ионное кольцо переводится в

25 уСкоряющую систему.

Однако этот коллективный ускоритель ионов имеет сложный по конструкции компрессор и большую потребляемую мощность питания. В нем трудно преодолеваются неустойчивости, воэ- ЗО никающие при одновременном сжатии и ускорении электронного коль „а, и необходимо сочленять компрессор с ускоряющей системой.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является коллективный ускоритель ионов, содержащий обмотку компрессора для получения электронно-ионного кольца, ускоряющий соленоид со спадающим полем и вакуумную ускорительную камеру коаксиального типа, выполненную, например, в виде двух коаксиально расположенных полых цилиндров (3).

Недостатком этого ускорителя также является большое потребление мощности из-за необходимости формирования электронного кольца переменного радиуса в большом объеме.

Цель изобретения — снижение потребляемой мощности и уменьшение габаритов ускорителя.

Это достигается тем, что во внутреннем проводнике ускорительной камеры установлен ферромагнитный сердечник, выполненный, например, в виде набора дисков из ферромагнитного материала,.разделенных диэлектрическими прокладками,,обмотка компрессора выполнена в виде двух расположен555791 ных внутри ускоряющего соленоида катушек, оси которых совпадают с осью ускорительной камеры, одна из катушек имеет плотность намотки, постоянную по длине и увеличенную на концах так, что в сочетании с ферромагнитным сердечником в области ускорительной камеры выполняется бетатронное соотношение 2:1, а другая катушка выполнена с переменной плотностью намотки по длине, причем градиент плотности намотки противоположен градиенту плотности намотки ускоряющего соленоида.

На фиг. 1 показан предлагаемый коллективный ускоритель ионов, общий вид; на фиг. 2 временные диаграммы токов, питающих обмотки ускорителя.

Ускоритель состоит из катушки 1 компрессора с постоянной плотностью намотки по длине, ионного источника

2, ферромагнитных дисков 3, диэлектрических прокладок 4, ускорительной камеры 5, участков 6 катушки компрессора 1 с увеличенной плотностью намотки, системы 7 инжекции электронов, второй катушки 8 компрессора с переменной плотностью намотки, ускоряющего соленоида. На диаграмме:

Л -форма импульса тока в обмотке 1, J -форма импульса тока в обмотке 8, Д3 -форма импульса тока в обмотке 9.

Обмотка 1 совместно с ферромагнитными дисками 3 Формирует однородное электромагнитное поле, имеющее на краях рабочей области ускорительной камеры 5 магнитные пробки и обеспечивающее выполнение соотношения

2:1 во всем объеме ускорительной ка- меры. Источником электронов является система 7 инжекции. Обмотка 8 обеспечивает сжатие цилиндрического пучка электронов в направлении к источнику 2, из которого в релятивистское электронное кольцо вводятся положительно заряженные ионы. Для ускорения электронно-ионного кольца служит обмотка 9.

От источника питания по обмотке 1 в момент времени + пропускается импульс тока 7 производится инжекция электронов в момент времени и их ускорение до требуемой энергии. В конце ускорения в камере образуется цилиндрический пучок релятивистских электронов, так как в.процессе ускорения почок сжимается лишь в радиальном направлении.

По достижении электронами заданной энергии в момент -Ь включается генератор тока Д на обмотку 8, которая благодаря неравномерной плотности намотки создает поле, спадающее в направлении, показанном стрелкой а.

Возникающая при этом радиальная со" ставляющая магнитного поля обеспечивает сжатие цилиндрического пучка в аксиальном направлении в сторону

Формула изобретения

Коллективный ускоритель ионов, содержащий обмотки компрессора для

65 стрелки а. С помощью источника 2 в полученное электронное кольцо большой плотности в момент 4- вводятся ионы таким же образом, как это делается в известных коллективных ускорителях. После получения электронно-ионного кольца включается обмотка

9, которая имеет большую намагничивающую силу, чем обмотка 8 и поэтому

1в области ускорительной камеры создается поле, спадающее в направле нии стрелки б. Взаимодействие электронов кольца с радиальной составляющей спадающего поля приводит к ускорению электронно-ионного кольца в направлении, показанном стрелкой б, l5 как это имеет место в известных изобретениях по ускорению колец в статическом спадающем поле.

Таким образом, в предлагаемом коллективном ускорителе устранено

20 разделение на компрессор и собственно ускоритель электронно-ионного кольца. Процесс формирования электронного кольца и ускорения осуществляется в камере ускорителя электронноионного кольца. Благодаря этому отпадает необходимость в дорогой и сложной в изготовлении ускорительной камеры компрессора, а также в дополнительных устройствах транспортировки электронно-ионного кольца из компрессора.в ускоритель колец.

Кроме того, использование электромагнитного поля обмоток компрессора как на этапе формирования электронно-ионного кольца, так и на этапе

его ускорения, позволяет значительНо снизить мощность питания установки.

Наличие в электронно-ионном кольце внутренней стенки ускорительной

4Р камеры играет положительную роль, стабилизируя кольцо по центру камеры. Цилиндрическая Форма ускорительной камеры, внутреннего проводника, а следовательно и сердечника, не

4 является единственно возможной и наиболее характерна для случая, когда соблюдается бетатронное соотноше-ние. В принципе же возможна и другая геометрия ускорительной камеры, например — коническая, а также выполнение ферромагнитного сердечника таким образом, чтобы era электромагнитные свойства, например магнитная проницаемость, менялись по длине.

Кроме того, в предложенном устройстве ускорение электронного кольца может быть произведено так:.<е с помощью высокочастотных электромагнитных полей, создаваемых внутри коаксиальной ускорительной камеры.

555791 получения электронно-ионного кольца, ускоряющий соленоид со спадающим лолем и вакуумную ускорительную камеру коаксиального типа, выполненную, например, в виде двух коаксиально расподоженных полых цилиндров, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения потребляемой мощности и уменьшения его габаритов, во внутреннем цилиндре ускорительной камеры расположен ферромагнитный сердечник, выполненный, например, в виде набора дисков из ферромагнитного материала, разделенных диэлектрическими прокладками, обмотка компрессора выполнена в виде двух катушек, расположенных внутри ускоряющего соленоида, оси которых совпадают с осью ускорительной камеры, одна из > катушек имеет плотность намотки, постоянную по длине и увеличенную на концах так, что в сочетании с ферромагнитным сердечником в области ускорительной камеры выполнено бетатронное соотношение 2:1, а другая катушка выполнена с переменной плотностью намотки по длине, причем градиент плотности намотки противоположен градиенту плотности намотки ускоряющего соленоида.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шапов Г.А. и др. Формирование магнитного поля ускоряющей инжекции модели коллективного линейного ускорителя. Р9-6983 ОНЯН Дубна, ОНМУ, 1973.

2. Барабаш А.С. и др. О коллективном ускорителе тяжелых ионов °

Р9-7697, ОНЯН Дубна, ОНМУ, 1974.

3. Статья Andelfinger etoi status

Report of ERA, Труды IV Всесоюзного совещания.по ускорителям заряженных

20 частиц. M. Наука, 1975, с ° 71.

555791

@..г

Корректор Г.Решетник

Редактор Л.Письман Техред A.A÷

Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1063б/1

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4