RU2012169C1 - Method of injecting particles beam into accumulation ring - Google Patents
Method of injecting particles beam into accumulation ring Download PDFInfo
- Publication number
- RU2012169C1 RU2012169C1 SU4937239A RU2012169C1 RU 2012169 C1 RU2012169 C1 RU 2012169C1 SU 4937239 A SU4937239 A SU 4937239A RU 2012169 C1 RU2012169 C1 RU 2012169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particle
- particles
- electromagnetic field
- ring
- resonator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к проблеме инжекции ионов в синхротрон или накопительное кольцо. The invention relates to accelerator technology, and in particular to the problem of injection of ions into a synchrotron or storage ring.
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.The usual method of injecting a particle beam into the closed orbit of a synchrotron is carried out using fast-cycling magnets or pulsed deflectors. The pulse duration of the magnetic field (voltage) should be of the order of microseconds with fronts of 10-20 ns. In order to increase the number of accumulated revolutions of the beam, the betatron phase space of the accelerator is filled by manipulating the shift of the central orbit using dipole magnets and the frequencies of betatron vibrations by quadrupole lenses, using, for example, spiral injection of particles, or using coupling resonances of axial and radial vibrations. Thus, the main requirement for the condition for obtaining an intense beam in the central orbit of the storage ring is the presence of a bright source — an ion injector, for example, a linear accelerator, which allows one to accumulate an intense particle beam over several revolutions. When using a cyclotron having a high average beam intensity (up to 10 14 g / s) as an injector, the capture efficiency (conventional single-turn injection) is 10 -6 , i.e., the disadvantage is that there is a problem of obtaining an intense beam in ring.
Целью изобретения является увеличение интенсивности пуска накопленных частиц. The aim of the invention is to increase the launch intensity of the accumulated particles.
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.The goal is achieved by the fact that in the known injection method, based on the action of the electrostatic field of the deflector on particles, a high-frequency electromagnetic field of type E 210 , synchronized with the particle revolution frequency, is excited in the ring section, and injected particles with a pulse different by ΔP from the central one are sent to the maximum region of the longitudinal electric component of the electromagnetic field.
Способ поясняется чертежом. The method is illustrated in the drawing.
Сущность способа состоит в следующем. The essence of the method is as follows.
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 = Kx 2+ Ky 2 (изложенным выше требованиям удовлетворяет и волна Е110 в круглом волноводе).Particles are injected into the storage device — a synchrotron in the median plane, using a high-frequency (including) resonator, the electromagnetic field of which has a longitudinal component of the electric field E z with a sinusoidal radius distribution, where zero voltage falls on the central closed orbit of the storage device, and the maximum voltage - about half the radial aperture (track) of the drive. This can be a rectangular resonator with axbxd dimensions, in which oscillations of an electromagnetic field of the E 210 type are excited. The field components in the middle plane of the resonator are written as:
E z = -E zo SinK x X * cosK y Y * cos (ωt + φ),
B x = E zo SinK x X * SinK y Y * sin (ωt + φ),
B y = E zo cosK x X * cosK y Y * cos (ωt + φ), where E zo is the amplitude value of the longitudinal component of the electric field; K x , K y , K are wave vectors; K x = 2 π / a, K y = 2π / b, K 2 = K x 2 + K y 2 (the above requirements are also satisfied by the wave E 110 in a circular waveguide).
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+30 132 , 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.A beam of charged particles using an electrostatic deflector or a recharge target is introduced into the storage ring into an orbit corresponding to the momentum Pinj = Z ( + a / 4) = P y + ΔP, where , - the average magnetic field and the radius of the central closed orbit of the ring; Z e is the ion charge. Passing a resonator installed in the place of the maximum deviation of the beam along the radius outward (for a certain range of phases including the voltage), the particle momentum decreases. Given the time of flight, the energy lost by the ion in the resonator will be:
δw = ZE Sin sin cos β = φ / c; λ is the cavity wavelength (for a = βλ / 2, t o = 0, x = = - δW max = ZE zo βλ / Π). Approximately, the particle radius decreases by ΔR = , W is the ion energy. For example, for Xe ions +30 132 , W = 50 MeV / n, = 8 m, E zo = 20 kV / cm, λ = 60 cm, the value of Δ R will be 2 mm, which will allow a significant part of the beam to pass a thin (0.2 mm) septum of the deflector or a rechargeable one short in radius (2 mm) target, shifting further to the central orbit of the drive.
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).For example, the drawing shows the period of the magnetic structure of the storage ring (N = 6; ν 2 = 2.7; ν z = 1.64) with the characteristic functions of the twiss matrix and radial bending particle beam with ε r = 5 x 5 mm mrad, ΔP / P = ± 0.5%, with a particle momentum corresponding to the central orbit P = P ( ) = 3 T. m, injected ions - with P = P ( + 5 cm) and intermediate - P = P ( + 3 cm).
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.For efficient particle accumulation work in. h. Injector and drive systems must be synchronized. So, for example, for f the resonator = 500 MHz (T = 2 ns), f cycle = 20 MHz (T = 50 ns) - τ bunch ≠ 1 ns (Δ φ = ± 3 ° C). The resonator frequency must also be a multiple of the particle revolution frequency in the storage ring. To reduce the shift in the field revolution frequency per revolution (or dω -> 0), it is necessary to exclude the dependence of the closed orbit length on the spread of momenta, which is exactly true under the condition α = γ -2 [5], where γ is the relative energy of the particles; α is the coefficient of orbit expansion, which reduces to the formation in a certain way of the magnetic structure of the ring. It seems that the proposed method will allow multi-turn beam injection without the use of pulsed magnets and deflectors.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4937239 RU2012169C1 (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Method of injecting particles beam into accumulation ring |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4937239 RU2012169C1 (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Method of injecting particles beam into accumulation ring |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012169C1 true RU2012169C1 (en) | 1994-04-30 |
Family
ID=21575048
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4937239 RU2012169C1 (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Method of injecting particles beam into accumulation ring |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2012169C1 (en) |
-
1991
- 1991-05-20 RU SU4937239 patent/RU2012169C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6060833A (en) | Continuous rotating-wave electron beam accelerator | |
Vretenar | Linear accelerators | |
US4412967A (en) | Multistage high voltage accelerator for intense charged particle beams | |
Marshall et al. | Femtosecond planar electron beam source for micron-scale dielectric wake field accelerator | |
RU2012169C1 (en) | Method of injecting particles beam into accumulation ring | |
Koshkarev | Heavy ion driver for fast ignition | |
US9726621B1 (en) | Helical resonator ion accelerator and neutron beam device | |
RU2058676C1 (en) | Method for cooling charge-particle beam | |
Lombardi | Overview of Linacs | |
Kutner et al. | The laser ion source of multiply charged ions for the U‐200 LNR JINR cyclotron | |
Morris | A new method for injecting charged particles across a magnetic field | |
RU2451435C1 (en) | Method for cyclic acceleration of charged particles | |
Frost et al. | Magnetic bending of laser guided electron beams | |
Swenson | Rf-Focused Drift-Tube Linac Structure | |
Swenson | Extensions to the RFQ Domain | |
RU2050044C1 (en) | Method acceleration of electrons in cylindrical induction accelerator and device for implementation of said method | |
SU1132784A1 (en) | Method of accumulating beam of charged particles | |
Cole | Recent work on collective accelerators | |
SU1237056A1 (en) | Method of withdrawing particles from isotron cyclotron | |
Dolya | Electrodynamics acceleration of electrical dipoles | |
Swenson | An RF focused interdigital ion accelerating structure | |
Livingston | The Future of Electron Synchrotrons | |
Balabin et al. | Application of RF crossed lenses for beam focusing in linac | |
Redhead | Microtrons in Canada | |
Swenson et al. | RFQ LENS FOR LOW ENERGY ION BEAM FOCUSING· |