Адгезатор коллективного ускорителя

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1!!) 56937I Ca!os Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 17.04.75 (21) 2120403/25 (51) М. Кл."- Н 05Н 7/00 с присоединением заявки ¹

ГосУаеРственный комитет (23) Приоритет

Совета Министоое СССР по делам изобретений изюб етений Опуоликовано 30.05.77. Ьюллетень 3!о 20 (53) УДК 621.394,637 (088.8) и открытий

Дата опубликования описания 13.07.77 (72) Авторы изобретения

В. П. Саранцев, Э. П. Павлов, Б. А. Шестаков, В. Г. Новиков, H. Д. Вершинин и И. С. Боровков (71) Заявитель (54) АДГЕЗАТОР КОЛЛЕКТИВНОГО УСКОРИТЕЛЯ

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано при разработке коллективных ускорителей тяжелых частиц.

Известен адгеза тор коллективного ускорителя (11, содержащий магнитообразующие катушки и камеру.

Загрузка электронного кольца, формируемого в поле магнитообразующих катушек, осуществляется за счет непрерывной подачи рабочего газа в камеру. В результате ионизации газа в электронном кольце, в процессе его сжатия, происходит его загрузка положительными ионами, которые в дальнейшем ускоряются до высоких энергий вместе с электронным кольцом.

Однако известный адгезатор, в котором загрузка электронного кольца происходит в процессе его сжатия (длительность процесса—

0,3 — 3 мсек), имеет существенные недостатки.

В таком адгезаторе кольцо проходит ряд электронно-ионных неустойчивых резонансных состояний. Кроме того, при загрузке кольца в процессе его сжатия велика дисперсия захваченных ионов по зарядности, обусловленная различием времен пребывания атомов в электронном кольце. При ускорении ионы с малыми зарядами выпадают из кольца, разгон же кольца с переменной массой— черезвычайно сложная задача.

Наиболее близким и изобретеншо является адгезатор коллективного ускорителя (21, содержащий магнптообразующие катушки и камеру с патрубкамп, на одном из которых размещен ускоряющий соленоид, форкамеру с сопловым отверстием, электродинамическпй клапан, перекрывающий сопловое отверстие, коллимирующее устройство и вакуумную систему.

В таком адгезаторе загрузка электронного кольца осуществляется после завершения процесса его сжатия за время порядка

100 мксек. Такая загрузка осуществляется за

15 счет открытия в определенный момент электродинамического клапана и пропускания струи газа через коллпмирующее устройство в зону сформированного электронного кольца.

Однако известный адгезатор имеет ряд не20 достатков. Во-первых, подаваемый в адгезатор рабочий газ используется недостаточно эффективно в результате того, что время пнжекцпи газа в электронное кольцо не дОлжпо превышать 100 мксек, тогда как продол25 жптельность истечения газа из сопла составляет (за 1 цикл) 1 — 2 мсек, т. е. доля полезно используемого газа будет не больше 0,1.

Снижени1о эффективности использования рабочего газа способствует также наличие

30 промежутка Оольшой Длины между Выходом

560371 из формокамеры и зоной ионизации в электронном кольце.

В этом промежутке расположено коллимирующее устройство, выполненное в виде перегородок с отверстиями, отклоняющее основную часть газа к вакуумной системе адгезатора, в результате чего для загрузки кольца используется малая часть газа (не более

10 ), и значительно увеличивается газовая нагрузка на вакуумную систему адгезатора.

Целью изобретения является повышение эффективности использования рабочего газа и уменьшение газовой нагрузки на вакуумную систему адгезатора.

Поставленная цель достигается тем, что коллимирующее устройство выполнено в виде размещенной в камере адгезатора коаксиальной с ускоряющим соленоидом трубы с отверстиями, расположенными по окружности, лежащей в плоскости, параллельной медианной плоскости камеры, а форкамера размещена внутри коллимирующего устройства, причем ее сопловые отверстия расположены равномерно по окружности, коаксиальной с ускоряющим соленоидом, а оси сопл направлены через центры отверстий коллимирующего устройства к медианной плоскости камеры.

Адгезатор коллективного ускорителя схематически изображен на чертеже.

Он состоит из магнитообразующих катушек

1 и камеры 2 с двумя симметричными патрубками длиною в 1 м, ось которых проходит через центр камеры адгезатора 2 перпендикулярно ее медианной плоскости. На одном из патрубков размещен ускоряющий соленоид

3, а через другой в камеру адгезатора введен источник импульсного молекулярного пучка, состоящий из коллимирующего устройства и находящейся внутри него форкамеры. Форкамера 4 закреплена на полом штоке. Внутри форкамеры размещен электродинамический клапан 5 с диском б и спиралью 7. К форкамере подсоединен сопловой аппарат 8 с соплами 9, которые равномерно расположены на окружности, коаксиальной ускоряющему соленоиду 3, и патрубками камеры 2. Блок питания 10 клапана с помощью цепи синхронизации 11 электрически связан с магнитообразующими катушками 1. Находящееся внутри камеры 2 коллимирующее устройство 12 источника молекулярного пучка выполнено в виде трубы с коллимирующими отверстиями, коаксиальной соленоиду 3. Коллимирующие отверстия расположены на окружности вблизи от медианной плоскости камеры адгезатора. Оси сопл 9 проходят через центры коллимирующих отверстий.

Адгезатор работает следующим образом.

После введения электронного пучка в камеру 2 из него формируется электронный тороид, который далее сжимается в импульсном магнитном поле катушек 1. Изменение тока в катушках 1 происходит по программе, задаваемой системой синхронизации, т. е. в процессе сжатия система синхронизации за10

55 бО

65 дает радиус электронного тороида в любой момент времени. При заданном значении тока в катушках 1 по цепи 11 подается сигнал на блок питания 10 клапана 5. Клапан срабатывает и рабочий газ через сопла 9 истекает из форкамеры в полость, образованную коллимирующим устройством, и далее через коллпмирующие отверстия в камеру адгезатора.

Оси сопл 9 проходят через центры коллимирующих отверстий и пересекают медианную плоскость камеры адгезатора в точках окружности, совпадающей с осевой линией электронного тороида в момент, когда он должен быть загружен атомами рабочего газа. Поэтому атомы рабочего газа, прошедшие через коллимирующие отверстия, попадают в электронный тороид, ионизуются и захватываются полем электронов. Коллимирующее устройство 12 используется также в качестве вакуумной магистрали, через которую откачивается газ, истекший из сопл и не попавший в камеру адгезатора.

В предлагаемом адгезаторе сопла источника расположены вблизи (на расстоянии

5 см) от медианной плоскости камеры адгезатора, т. е. приблизительно в 20 раз ближе к мишени (электронному тороиду), чем в известном адгезаторе. Это в 400 раз снижает расход газа при заданной его плотности на мишени.

Первый (и единственный) коллиматор адгезатора находится в непосредственной близости (2 — 3 мм) от мишени, течение газа перед ним свободно молекулярное. Поэтому плотность потока на мишени равно плотности неколлимированного (свободного) потока, истекающего в вакуум, что уменьшает расход газа еще на 2 порядка по сравнению с прототипом.

Благодаря тому, что в адгезаторе использован быстродействующий электродинамический клапан со сравнительно большим (— 0,01 см) ходом и сопла с малыми диаметрами критического сечения (0,01 см), удалось реализовать истечение в вакуум струи газа, которая формируется и распадается за 50—

60 мсек, причем параметры струи достигают значений, имеющих место при квазистационарном истечении. Это позволило отказаться от механического прерывателя свободно-молекулярного потока, использованного в известном адгезаторе, и снизить расход рабочего газа еще в 10 — 20 раз.

Кроме того, в отличие от известного адгезатора, для загрузки электронного тороида используются центральные части струи газа, истекающего из сопл источника, что еще в

2 — 3 раза снижает расход рабочего газа.

В результате расход рабочего газа в предлагаемом адгезаторе уменьшился приблизительно в 10"" раз по сравнению с известным адгезатором. Неиспользованный газ откачивается из полости коллимирующего устройства одним насосом небольшой производительности (500 л/сек).

560371

Формула изобретения

Составитель В. Краснопольский

Текред О. Гюрнна

Редактор H. Коляда

Корректор Е. Хмелева

Заказ 1548/7 Изд. М 523 Тнракк 1014 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, нр. Сапунова, 2

Адгезатор коллективного ускорите.1я, содержащий магнитообразующие катушки и камеру с патрубками,,на одном из которых размещен ускоршощий соленоид, форкамеру с сопливыми отверстиями, электродинамический клапан, и: рекрывающий сопловые отверстия, коллимирующсс устройство и вакуумную систему, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования рабочего газа и уменьшения газовой нагрузки на вакуумную систему адгезатора, коллимирующее устройство выполнено в виде размещенной в камерс адгезатора коаксиальной с уcKopHfouLèì соленоидом трубы с отверстиями, расположенными по окружности, лежащей в плоскости, параллельной медианной плоскости камеры, а форкамера размещена внутри коллпмирующего устройства, причем ее сопловые отверстия расположены равномерно по окружности, коаксиальной с ускоряющим соленоидом, а оси сопл направлены через центры отверстий коллимирующего устройства к медианной плоскости камеры.

Источники информации, принятые во вни10 мание при экспертизе:

1. Саранцев В. П. и др. «Эксперименты по ускорению а-частиц коллективным методом».

ЖЭТФ, т. 60, вып. 5, 1971 r., стр. 1980.

2. Кгацй Н. «Мо1есц1аг beam apparatus

15 for defined loading of the electron ring». The

Work i 1eeting on ERA, 3", Karlsruhe, 1969 (прототип).