способ инжекции пучка в накопительное кольцо

Классы МПК:H05H7/08 устройства для инжекции частиц на орбиты 
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Объединенный институт ядерных исследований
Приоритеты:
подача заявки:
1991-05-20
публикация патента:

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.

Рисунки к патенту РФ 2012169

Рисунок 1

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 способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169P 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(способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169t+способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169),

Bx= способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169EzoSinKxX*SinKyY*sin (способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169t+способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169),

By= способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169EzocosKxX*cosKyY*cos (способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169t+способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169), где Ezo - амплитудное значение продольной составляющей электрического поля; Kx, Ky, K - волновые векторы; Kx = 2 способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 /a, Ky = 2способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 /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= Zспособ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169(способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169+a/4)= Pу+способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169P, где способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169, способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 - 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:

способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169w= ZEспособ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 Sin способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169sin способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169cos способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 = способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 / c ; способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169- длина волны резонатора (при a= способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169/2, to= 0, x= способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 = способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 - способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169Wмакс= ZEzoспособ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169/способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 ). Приближенно радиус частицы уменьшится на способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169R= способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169, W - энергия иона. Например, для ионов Xe+30132 , W = 50 МэВ/н, способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 = 8 м, Ezo = 20 кВ/см, способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 = 60 см значение способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 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; способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 20121692 = 2,7; способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 z = 1,64) с характеристическими функциями матрицы твисса и радиальные сгибающие пучка частиц с способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169r = 5 x 5 мм мрад, способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169P/P = способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 0,5% , с импульсом частиц, соответствующим как центральной орбите P = P (способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169) = 3 Т. м, инжектируемым ионам - с P = P (способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169+ 5 см) и промежуточным - P = P (способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 + 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) - способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 сгустка способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 1 нс ( способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 = способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 20121693оС). Частота резонатора должна быть также кратна частоте обращения частиц в накопителе. Для уменьшения сдвига частоты обращения поля за оборот (или dспособ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 -> 0) необходимо исключить зависимость длины замкнутой орбиты от разброса импульсов, что точно выполняется при условии способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 = способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169-2 [5] , где способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 - относительная энергия частиц; способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 - 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 способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 P от равновесного, направляют в область максимума продольной электрической составляющей электромагнитного поля, где способ инжекции пучка в накопительное кольцо, патент № 2012169 P - максимальное отклонение импульса частиц от равновесного.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс H05H7/08 устройства для инжекции частиц на орбиты 

Патенты РФ в классе H05H7/08:
способ проведения облучения злокачественных опухолей поджелудочной железы пучком адронов -  патент 2491107 (27.08.2013)
способ проведения облучения злокачественных опухолей желудка пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2424012 (20.07.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей пищевода пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2423157 (10.07.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей молочной железы пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2423156 (10.07.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей трахеи пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2423155 (10.07.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей легких пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2420332 (10.06.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей печени пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2417804 (10.05.2011)
инжектор электронов с выводом электронного пучка в среду с повышенным давлением и электронно-лучевая установка на его основе -  патент 2348086 (27.02.2009)
ионно-оптическая система с магнитной защитой электродов -  патент 2087986 (20.08.1997)
способ ускорения электронов в цилиндрическом бетатроне и устройство для его реализации -  патент 2071191 (27.12.1996)


Наверх