Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИНЖЕКЦИИ ПУЧКА В НАКОПИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО
СПОСОБ ИНЖЕКЦИИ ПУЧКА В НАКОПИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО

СПОСОБ ИНЖЕКЦИИ ПУЧКА В НАКОПИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: относится к ускорительной технике. Цель изобретения - увеличение интенсивности пучка накопленных частиц. Сущность изобретения: на участке кольца возбуждают высокочастотное электромагнитное поле типа E210, синхронизированное с частотой обращения частиц, и инжектируемые частицы с импульсом, отличающимся от центрального, направляют в область максимума продольной электрической составляющей электромагнитного поля. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2012169
Класс(ы) патента: H05H7/08
Номер заявки: 4937239/21
Дата подачи заявки: 20.05.1991
Дата публикации: 30.04.1994
Заявитель(и): Объединенный институт ядерных исследований
Автор(ы): Козлов С.И.
Патентообладатель(и): Объединенный институт ядерных исследований
Описание изобретения: Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к проблеме инжекции ионов в синхротрон или накопительное кольцо.
Обычный способ инжекции пучка частиц на замкнутую орбиту синхротрона осуществляется с помощью быстроцикличных магнитов либо импульсных дефлекторов. Длительность импульса магнитного поля (напряжения) должна составлять порядка микросекунд с фронтами 10-20 нс. С целью увеличения числа накопленных оборотов пучка производят заполнение бетатронного фазового пространства ускорителя, манипулируя сдвигом центральной орбиты с помощью дипольных магнитов и частот бетатронных колебаний квадрупольными линзами, применяя, например, "спиральную" инжекцию частиц, либо используя резонансы связи аксиальных и радиальных колебаний. Таким образом, основным требованием к условию получения интенсивного пучка на центральной орбите накопительного кольца является наличие яркого источника - инжектора ионов, например, линейного ускорителя, позволяющего в течение нескольких оборотов накопить интенсивный пучок частиц. При использовании в качестве инжектора ионов циклотрона, имеющего высокую среднюю интенсивность пучка (до 1014 г/с), эффективность захвата (обычная однооборотная инжекция) составляет величину 10-6, т. е. недостаток в том, что возникает проблема получения интенсивного пучка в кольце.
Целью изобретения является увеличение интенсивности пуска накопленных частиц.
Цель достигается тем, что в известном способе инжекции, основанном на воздействии электростатического поля дефлектора на частицы, на участке кольца возбуждают высокочастотное электромагнитное поле типа E210, синхронизованное с частотой обращения частиц, и инжектируемые частицы с импульсом, отличающимися на ΔP от центрального, направляют в область максимума продольной электрической составляющей электромагнитного поля.
Способ поясняется чертежом.
Сущность способа состоит в следующем.
Частицы инжектируют в накопитель - синхротрон в медианной плоскости, при этом используется высокочастотный (в. ч. ) резонатор, электромагнитное поле которого имеет продольную составляющую электрического поля Ez с синусоидальным распределением по радиусу, где нуль напряжения приходится на центральную замкнутую орбиту накопителя, а максимум напряжения - приблизительно на половину радиальной апертуры (дорожки) накопителя. Этому может служить прямоугольный резонатор с размерами a x b x d, в котором возбуждаются колебания электромагнитного поля типа E210. Составляющие поле в средней плоскости резонатора записываются в виде:
Ez= -EzoSinKxX*cosKyY*cos(ωt+ϕ),
Bx= EzoSinKxX*SinKyY*sin (ωt+φ),
By= EzocosKxX*cosKyY*cos (ωt+φ), где Ezo - амплитудное значение продольной составляющей электрического поля; Kx, Ky, K - волновые векторы; Kx = 2 π /a, Ky = 2π /b, K2 = Kx2+ Ky2 (изложенным выше требованиям удовлетворяет и волна Е110 в круглом волноводе).
Пучок заряженных частиц с помощью электростатического дефлектора либо перезарядной мишени вводится в накопительное кольцо на орбиту, соответствующую импульсу Pинж= Z(+a/4)= Pу+ΔP, где , - среднее магнитное поле и радиус центральной замкнутой орбиты кольца; Ze- заряд иона. Проходя резонатор, установленный в месте максимального отклонения пучка по радиусу наружу (для определенного диапазона фаз в. ч. напряжения), импульс частицы уменьшается. С учетом времени пролета энергия, теряемая ионом в резонаторе, составит:
δw= ZE Sin sin cos β = ϕ / c ; λ- длина волны резонатора (при a= βλ/2, to= 0, x= = - δWмакс= ZEzoβλ/Π ). Приближенно радиус частицы уменьшится на ΔR= , W - энергия иона. Например, для ионов Xe+30132 , W = 50 МэВ/н, = 8 м, Ezo = 20 кВ/см, λ = 60 см значение Δ R составит 2 мм, что позволит значительной части пучка на последующем обороте миновать тонкий (0,2 мм) септум дефлектора или малопротяженную по радиуса (2 мм) перезарядную мишень, сдвигаясь в дальнейшем к центральной орбите накопителя.
Для примера на чертеже представлен период магнитной структуры накопителя (N = 6; ν2 = 2,7; ν z = 1,64) с характеристическими функциями матрицы твисса и радиальные сгибающие пучка частиц с εr = 5 x 5 мм мрад, ΔP/P = ± 0,5% , с импульсом частиц, соответствующим как центральной орбите P = P () = 3 Т. м, инжектируемым ионам - с P = P (+ 5 см) и промежуточным - P = P ( + 3 см).
Для эффективного накопления частиц работу в. ч. систем инжектора и накопителя требуется синхронизовать. Так, к примеру, для f резонатор = 500 МГц (Т = 2 нс), fцикл = 20 МГц (Т = 50 нс) - τ сгустка ≠ 1 нс ( Δ ϕ = ±3оС). Частота резонатора должна быть также кратна частоте обращения частиц в накопителе. Для уменьшения сдвига частоты обращения поля за оборот (или dω -> 0) необходимо исключить зависимость длины замкнутой орбиты от разброса импульсов, что точно выполняется при условии α = γ-2 [5] , где γ - относительная энергия частиц; α - коэффициент расширения орбит, что сводится к формированию определенным образом магнитной структуры кольца. Представляется, что предлагаемый способ позволит осуществить многооборотную инжекцию пучка без применения импульсных магнитов и дефлекторов.
Формула изобретения: СПОСОБ ИНЖЕКЦИИ ПУЧКА В НАКОПИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО, основанный на воздействии электростатического поля дефлектора на частицы, отличающийся тем, что, с целью увеличения интенсивности пучка накопленных частиц, на участке кольца, расположенном после дефлектора по ходу движения частиц, возбуждают с помощью резонатора прямоугольной формы высокочастотное электромагнитное поле типа Е210 или с помощью резонатора круглой формы высокочастотное электромагнитное поле типа Е110, синхронизированное с частотой обращения частиц, а инжектируемые частицы с импульсом, отличающимся на Δ P от равновесного, направляют в область максимума продольной электрической составляющей электромагнитного поля, где Δ P - максимальное отклонение импульса частиц от равновесного.