RU2012169C1 - Method of injecting particles beam into accumulation ring - Google Patents

Method of injecting particles beam into accumulation ring Download PDF

Info

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
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.И. Козлов
Original Assignee
Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Объединенный Институт Ядерных Исследований filed Critical Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority to SU4937239 priority Critical patent/RU2012169C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2012169C1 publication Critical patent/RU2012169C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: particle acceleration engineering. SUBSTANCE: typed E210 electromagnetic field synchronized with particle revolution frequency is excited within acceleration ring section. Particles to be injected having pulse which differs from the central one, are directed into the area where longitudinal electrical component of electromagnetic field is maximum. EFFECT: increased intensity of particles beam. 1 dwg

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=

Figure 00000001
EzoSinKxX*SinKyY*sin (ωt+φ),
By=
Figure 00000002
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 =
Figure 00000001
E zo SinK x X * SinK y Y * sin (ωt + φ),
B y =
Figure 00000002
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

Figure 00000003
(
Figure 00000004
+a/4)= Pу+ΔP, где
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- 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
Figure 00000007
Sin
Figure 00000008
sin
Figure 00000009
cos
Figure 00000010
β = φ / c ; λ- длина волны резонатора (при a= βλ/2, to= 0, x=
Figure 00000011
=
Figure 00000012
- δWмакс= ZEzoβλ/Π ). Приближенно радиус частицы уменьшится на ΔR=
Figure 00000013
Figure 00000014
, W - энергия иона. Например, для ионов Xe+30 132 , W = 50 МэВ/н,
Figure 00000015
= 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
Figure 00000003
(
Figure 00000004
+ a / 4) = P y + ΔP, where
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- 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
Figure 00000007
Sin
Figure 00000008
sin
Figure 00000009
cos
Figure 00000010
β = φ / c; λ is the cavity wavelength (for a = βλ / 2, t o = 0, x =
Figure 00000011
=
Figure 00000012
- δW max = ZE zo βλ / Π). Approximately, the particle radius decreases by ΔR =
Figure 00000013
Figure 00000014
, W is the ion energy. For example, for Xe ions +30 132 , W = 50 MeV / n,
Figure 00000015
= 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 (

Figure 00000016
) = 3 Т. м, инжектируемым ионам - с P = P (
Figure 00000017
+ 5 см) и промежуточным - P = P (
Figure 00000018
+ 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 (
Figure 00000016
) = 3 T. m, injected ions - with P = P (
Figure 00000017
+ 5 cm) and intermediate - P = P (
Figure 00000018
+ 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)

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.METHOD OF BEAM INJECTION INTO THE ACCUMULATION RING, based on the action of the electrostatic field of the deflector on particles, characterized in that, in order to increase the intensity of the beam of accumulated particles, a high-frequency electromagnetic field is excited using a rectangular resonator in the portion of the ring located after the deflector in the direction of particle movement type E 210 or with the help of a round resonator a high-frequency electromagnetic field of type E 110 synchronized with the particle revolution frequency, and the injected particles with a pulse differing by Δ P from the equilibrium is directed to the region of the maximum longitudinal electric component of the electromagnetic field, where Δ P is the maximum deviation of the particle momentum from the equilibrium.
SU4937239 1991-05-20 1991-05-20 Method of injecting particles beam into accumulation ring RU2012169C1 (en)

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)

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·