RU2265974C1 - Iron-less synchrotron - Google Patents
Iron-less synchrotron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265974C1 RU2265974C1 RU2004110309/06A RU2004110309A RU2265974C1 RU 2265974 C1 RU2265974 C1 RU 2265974C1 RU 2004110309/06 A RU2004110309/06 A RU 2004110309/06A RU 2004110309 A RU2004110309 A RU 2004110309A RU 2265974 C1 RU2265974 C1 RU 2265974C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sections
- winding
- synchrotron
- accelerating
- accelerator
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения пучков заряженных частиц или тормозного излучения с энергией от нескольких сотен МэВ и выше.The invention relates to accelerator technology and can be used to obtain beams of charged particles or bremsstrahlung with an energy of several hundred MeV and above.
Известны ускорители заряженных частиц, электронные синхротроны [1], содержащие электромагнит, ускорительную камеру, инжектор, ускоряющий резонатор и соответствующие системы электропитания. Синхротроны позволяют ускорять заряженные частицы до весьма высоких энергий, достигающих нескольких тысяч МэВ. Однако эти ускорители обладают очень большой массой, характеризуются сложной и дорогостоящей технологией изготовления электромагнита, ускорительной камеры и имеют трудоемкую технологию монтажа всей установки.Known accelerators of charged particles, electronic synchrotrons [1], containing an electromagnet, an accelerating chamber, an injector, an accelerating resonator, and corresponding power supply systems. Synchrotrons can accelerate charged particles to very high energies, reaching several thousand MeV. However, these accelerators have a very large mass, are characterized by a complex and expensive technology for the manufacture of an electromagnet, an accelerator chamber and have a laborious installation technology of the entire installation.
Известен также индукционный ускоритель заряженных частиц (см. патент RU 2193829), содержащий намагничивающую обмотку, ускорительную камеру с инжектором, импульсные источники питания, в котором для создания управляющего магнитного поля использована одновитковая намагничивающая обмотка, выполненная в виде двух концентрически расположенных проводящих колец, имеющих радиальный разрез, по одну сторону которого полосы соединены электрически, а по другую сторону разреза подсоединены к разноименным полюсам источника питания, причем полосы по ширине выгнуты так, что выпуклость обращена наружу от оси колец, а по краям полосы соединены между собой кольцевыми диэлектрическими вакуумными уплотнителями, формируя ускорительную камеру. Такой ускоритель, обладая хорошими массогабаритными параметрами, не позволяет, однако, в силу индукционного принципа ускорения, получать высокие значения энергии ускоряемых заряженных частиц. Предельное значение энергии ускоренных индукционным методом электронов, по ряду физико-технических и экономических причин, не превышает нескольких сотен МэВ.Also known is an induction accelerator of charged particles (see patent RU 2193829), containing a magnetizing winding, an accelerating chamber with an injector, switching power supplies, in which a single-turn magnetizing winding made in the form of two concentrically arranged conducting rings having a radial a cut, on one side of which the strips are electrically connected, and on the other side of the cut are connected to the opposite poles of the power source, and the strips are wide The walls are bent so that the convexity is facing outward from the axis of the rings, and at the edges of the strip are interconnected by ring dielectric vacuum seals, forming an accelerating chamber. Such an accelerator, having good mass and size parameters, does not, however, allow, due to the induction principle of acceleration, to obtain high energy values of accelerated charged particles. The limiting value of the energy of electrons accelerated by the induction method, for a number of physical, technical and economic reasons, does not exceed several hundred MeV.
Наиболее близким техническим решением является электронный синхротрон на 1,5 ГэВ со слабой фокусировкой, содержащий электромагнит со стальным магнитопроводом, фарфоровую, склеенную из секторов ускорительную камеру, инжектор, ускоряющие резонаторы, а также импульсные и высокочастотные электрические схемы для питания соответствующих узлов ускорителя. Магнитное поле, необходимое для обеспечения движения ускоряемых электронов по неизменной орбите, создается с помощью электромагнита, составленного из четырех секторов, каждый из которых имеет азимутальную протяженность в одну четверть окружности. Магнитопроводы секторов изготовлены из листовой трансформаторной стали, имеют воздушный зазор для размещения ускорительной камеры и разделены между собой прямолинейными участками, свободными от магнитного поля и используемыми для размещения на этих участках инжекторного устройства, ускоряющего резонатора, вакуумных насосов и пр., подсоединяемых к ускорительной камере. Сектора электромагнита питаются импульсным током. Как видно, магнитная система синхротрона представляет собой громоздкую конструкцию. Например, в упомянутом синхротроне масса трансформаторной стали, из которой изготовлены сектора магнитопровода ускорителя, составляет 120 тонн. При этом электромагнит синхротрона является самой сложной и самой трудоемкой в изготовлении и монтаже частью установки (см. Воробьев А.А. и др. Синхротрон ТПИ на 1,5 ГэВ, М.: Атомиздат, 1986).The closest technical solution is a low-focus 1.5-GeV electronic synchrotron containing an electromagnet with a steel magnetic circuit, a porcelain accelerator chamber glued from sectors, an injector, accelerating resonators, and pulsed and high-frequency electrical circuits for powering the corresponding accelerator assemblies. The magnetic field necessary to ensure the movement of accelerated electrons in a constant orbit is created using an electromagnet composed of four sectors, each of which has an azimuthal length of one quarter of a circle. The magnetic circuits of the sectors are made of sheet transformer steel, have an air gap to accommodate the accelerator chamber and are separated by straight sections that are free of magnetic field and are used to place the injection device, accelerating resonator, vacuum pumps, etc. connected to the accelerator chamber on these sections. Sectors of the electromagnet are powered by pulse current. As can be seen, the synchrotron magnetic system is a bulky design. For example, in the mentioned synchrotron, the mass of transformer steel, from which the sectors of the accelerator magnetic circuit are made, is 120 tons. In this case, the synchrotron electromagnet is the most complex and the most labor-consuming part of the installation to manufacture and install (see Vorobyov A.A. et al. 1.5 GeV Synchrotron TPI, M .: Atomizdat, 1986).
Задачей изобретения является упрощение конструкции, технологии изготовления и монтажа, уменьшение массы и габаритных размеров ускорителя.The objective of the invention is to simplify the design, manufacturing and installation technology, reducing the mass and overall dimensions of the accelerator.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом безжелезном синхротроне, содержащем намагничивающую обмотку, ускорительную камеру, инжектор, ускоряющий резонатор, одновитковая намагничивающая обмотка для создания управляющего магнитного поля составлена из четырех аналогичных секций, расположенных на круговых секторных участках траектории ускоряемых частиц, каждая из которых выполнена в виде двух концентрически расположенных участков колец, изготовленных из проводящих, например, медных полос, соединенных с одного конца электрически, а с другого подсоединенных к разноименным полюсам импульсного или переменного источника питания, причем полосы выгнуты по ширине так, что выпуклость обращена наружу от оси колец, по краям полосы соединены между собой прямолинейными вакуумными электроно- или ионопроводами для создания замкнутой ускорительной камеры.The technical result is achieved by the fact that in the proposed ironless synchrotron containing a magnetizing winding, an accelerating chamber, an injector accelerating a resonator, a single-turn magnetizing winding to create a control magnetic field is composed of four similar sections located on circular sector sections of the trajectory of accelerated particles, each of which is made in the form of two concentrically arranged sections of rings made of conductive, for example, copper strips connected at one end ektricheski and the other connected to opposite poles or pulsed alternating power source, wherein the curved strip width so that the convexity directed outwards from the axis of the rings, the edges of the strip are interconnected by straight vacuum electron- or ion guide to create a closed accelerating chamber.
Использование для создания управляющего магнитного поля одновитковой обмотки, составленной из четырех аналогичных секций, располагаемых на круговых секторных участках траектории ускоряемых частиц, позволяющих полностью отказаться от применения стального магнитопровода, упрощает конструкцию синхротрона, технологию его изготовления, уменьшает массу и габаритные размеры установки в целом. Кроме того, соединение краев обмотки с помощью диэлектрических вакуумных уплотнителей позволяет одновременно использовать обмотку в качестве четырех криволинейных секторов ускорительной камеры, которые после соединения друг с другом с помощью прямолинейных электроно- или ионопроводов, образуют замкнутую ускорительную камеру типа "рейстрек". Ускорительная камера в любом действующем синхротроне является самостоятельным, сложным и трудоемким в изготовлении и монтаже узлом.Using a single-turn winding composed of four similar sections located on circular sector sectors of the trajectory of accelerated particles to create a control magnetic field, which completely eliminates the use of a steel magnetic circuit, simplifies the design of the synchrotron and its manufacturing technology, reduces the weight and overall dimensions of the installation as a whole. In addition, the connection of the edges of the winding using dielectric vacuum seals allows you to simultaneously use the winding as four curved sectors of the accelerator chamber, which, after connecting with each other using rectilinear electron or ion wires, form a closed accelerator chamber of the "raster track" type. The accelerator chamber in any existing synchrotron is an independent, complex, and labor-consuming assembly and assembly unit.
На чертеже представлена схема предлагаемого безжелезного синхротрона и разрез синхротрона (а).The drawing shows a diagram of the proposed iron-free synchrotron and a section of the synchrotron (a).
Безжелезный синхротрон содержит одновитковую намагничивающую обмотку для создания управляющего магнитного поля, состоящую из четырех аналогичных секций 1, расположенных на круговых секторных участках траектории ускоряемых частиц, каждая из которых выполнена в виде концентрически расположенных участков колец, изготовленных из проводящих, например, медных полос 2, 3, соединенных с одного конца электрически, а с другого подсоединенных к разноименным полюсам импульсного или переменного источника питания 4, по краям полосы 2, 3 соединены между собой диэлектрическими вакуумными уплотнителями 5 и образуют четыре секторных участка ускорительной камеры. Секторные участки камеры соединены между собой с помощью прямолинейных вакуумных электроно- или ионороводов 6, и образуют замкнутую ускорительную камеру типа "рейстрек". Для обеспечения фокусирующих свойств управляющего магнитного поля ("бочкообразная" форма силовых линий поля), проводящие полосы 2, 3 выгнуты по ширине выпуклостью наружу от центра ускорителя, чертеж а. Синхротрон содержит также инжектор 7, ускоряющий резонатор или резонаторы 8, вакуумные насосы 9, размещаемые в зоне прямолинейных участков траектории ускоряемых частиц.The ironless synchrotron contains a single-turn magnetizing winding for creating a control magnetic field, consisting of four similar sections 1 located on circular sector sections of the trajectory of accelerated particles, each of which is made in the form of concentrically arranged sections of rings made of conducting, for example, copper strips 2, 3 connected from one end electrically, and from the other connected to opposite poles of a pulse or variable power supply 4, at the edges of the strip 2, 3 are connected between They are dielectric vacuum seals 5 and form four sector sections of the accelerating chamber. Sector sections of the chamber are interconnected by means of rectilinear vacuum electron or ion leads 6 and form a closed accelerator chamber of the "raster track" type. To ensure the focusing properties of the control magnetic field ("barrel-shaped" form of field lines), the conductive stripes 2, 3 are curved in width by a convexity outward from the center of the accelerator, drawing a. The synchrotron also contains an injector 7, an accelerating resonator or resonators 8, vacuum pumps 9, located in the area of straight sections of the trajectory of accelerated particles.
Использование одновитковой обмотки для получения управляющего магнитного поля и одновременно для формирования ускорительной камеры позволяет полностью отказаться от стального магнитопровода, многократно облегчает ускоритель и упрощает его конструкцию, обеспечивает свободный доступ к ускорительной камере на всем ее протяжении, упрощает технологию изготовления и монтажа ускорителя и повышает удобства эксплуатации синхротрона.The use of a single-turn winding to obtain a control magnetic field and at the same time to form an accelerator chamber allows one to completely abandon the steel magnetic circuit, greatly facilitates the accelerator and simplifies its design, provides free access to the accelerator chamber along its entire length, simplifies the manufacturing and installation technology of the accelerator and increases the ease of use synchrotron.
Безжелезный синхротрон (чертеж) работает следующим образом. Управляющее магнитное поле возбуждается одновитковой обмоткой, состоящей из четырех аналогичных секций 1, расположенных на криволинейных участках траектории ускоряемых частиц, каждая из которых выполнена в виде двух концентрически расположенных участков колец, изготовленных из проводящих, например медных, полос 2, 3, которые с одного конца соединены электрически, а с другого подсоединены к разноименным полюсам импульсного или переменного источника питания 4. При таком соединении ток в обеих полосах протекает в противоположных направлениях. В результате в пространстве между полосами создается переменное, спадающее по радиусу магнитное поле. Для обеспечения фокусирующих свойств управляющего магнитного поля медные полосы 2, 3 по ширине выгнуты выпуклостью наружу от центра ускорителя (чертеж а). Это придает силовым линиям поля "бочкообразную" форму, характерную для фокусирующего ("бетатронного") поля. Все четыре секции одновитковой обмотки образуют единую магнитную систему синхротрона. По краям проводящие полосы 2, 3, образующие каждую секцию одновитковой обмотки, соединяются между собой диэлектрическими вакуумными уплотнителями 5. В результате формируются четыре криволинейных сектора ускорительной камеры, совмещенных с намагничивающей одновитковой обмоткой. Эти криволинейные сектора соединяются между собой при помощи прямолинейных вакуумных электроно- или ионопроводов 6, свободных от магнитного поля и образуют замкнутую ускорительную камеру, аналогично тому, как это делается в известных синхротронах типа "рейстрек". Прямолинейные участки ускорительной камеры, свободные от магнитного поля, используются для монтажа сопутствующего оборудования - резонаторов, вакуумных насосов и т.п.Ironless synchrotron (drawing) works as follows. The control magnetic field is excited by a single-turn winding consisting of four similar sections 1 located on curved sections of the trajectory of accelerated particles, each of which is made in the form of two concentrically arranged sections of rings made of conducting, for example, copper, strips 2, 3, which are from one end electrically connected, and on the other connected to opposite poles of a pulse or alternating power supply 4. With this connection, the current in both bands flows in opposite directions Barrier-. As a result, an alternating magnetic field decaying in radius is created in the space between the bands. To ensure the focusing properties of the control magnetic field, copper strips 2, 3 in width are curved convex outward from the center of the accelerator (Figure a). This gives the field lines a “barrel-shaped” shape that is characteristic of a focusing (“betatron”) field. All four sections of a single-turn winding form a single magnetic synchrotron system. On the edges of the conductive strip 2, 3, forming each section of a single-turn winding, are interconnected by dielectric vacuum seals 5. As a result, four curved sectors of the accelerator chamber are formed, combined with a magnetizing single-turn winding. These curved sectors are interconnected using rectilinear vacuum electron or ion wires 6, free of magnetic field and form a closed accelerator chamber, similar to what is done in the well-known synchrotrons of the "raster track" type. The rectilinear sections of the accelerator chamber, free of magnetic field, are used for the installation of related equipment - resonators, vacuum pumps, etc.
Управляющее магнитное поле, созданное одновитковой обмоткой изменяется во времени в соответствии с ростом энергии ускоряемых заряженных частиц и этим обеспечивается удержание частиц на орбите постоянного радиуса в пределах действия данной секции обмотки. На участках ускорительной камеры, соединяющих между собой секции обмотки, магнитное поле отсутствует и ускоряемые частицы движутся прямолинейно. Таким образом, замкнутая орбита и, соответственно, ускорительная камера состоят из четырех криволинейных и четырех прямолинейных участков. Синхротрон с такой формой орбиты получил название ускорителя типа "рейстрек".The control magnetic field created by a single-turn winding changes in time in accordance with the increase in the energy of accelerated charged particles and this ensures that the particles are kept in orbit of a constant radius within the limits of this section of the winding. In the areas of the accelerating chamber connecting the winding sections, the magnetic field is absent and the accelerated particles move linearly. Thus, the closed orbit and, accordingly, the accelerating chamber consist of four curved and four rectilinear sections. A synchrotron with this form of orbit is called a raster track accelerator.
Значение напряженности управляющего магнитного поля на орбите ускорителя зависит от энергии ускоряемых частиц и максимум напряженности поля определяется заданным значением энергии частиц, которую желают получить от ускорителя. Ввод заряженных частиц в ускорительную камеру осуществляется с помощью инжектора 7, ускорение частиц - с помощью резонатора или резонаторов 8, вакуум в ускорительной камере обеспечивается насосами 9.The value of the control magnetic field in the accelerator’s orbit depends on the energy of the accelerated particles, and the maximum field strength is determined by the set value of the particle energy that they want to receive from the accelerator. The charged particles are introduced into the accelerator chamber using an injector 7, the particles are accelerated using a resonator or resonators 8, and the vacuum in the accelerator chamber is provided by pumps 9.
Таким образом, применение в синхротроне идеи одновитковой намагничивающей обмотки для создания управляющего магнитного поля (по аналогии с кольцевой одновитковой обмоткой, используемой в миниатюрных индукционных циклических ускорителях) в виде четырех аналогичных секций, располагаемых на круговых секторных участках траектории ускоряемых частиц, при одновременном выполнении этой обмоткой функций ускорительной камеры приводит к созданию нового типа ускорителя заряженных частиц - безжелезного синхротрона, обладающего рядом новых технических и инженерно-экономических параметров, таких как малая масса ускорителя, совмещение функций намагничивающей обмотки и ускорительной камеры в единой системе, упрощенная технология изготовления и монтажа ускорителя и пр., выгодно отличающих предложенный безжелезный синхротрон от известных ускорителей такого типа.Thus, the application in the synchrotron of the idea of a single-turn magnetizing winding to create a control magnetic field (similar to a ring single-turn winding used in miniature induction cyclic accelerators) in the form of four similar sections located on circular sector sections of the trajectory of accelerated particles, while performing this winding functions of the accelerating chamber leads to the creation of a new type of charged particle accelerator - the ironless synchrotron, which has a number of new nical and technical-economic parameters, such as a small mass of the accelerator, combining the functions of the magnetizing winding and accelerating chamber in a single system, a simplified manufacturing process and mounting accelerator and so forth. differentiating proposed by the known iron-free synchrotron accelerators of this type.
Источники информацииSources of information
1. А.А.Воробьев, И.П.Чучалин, А.Г.Власов и др. Синхротрон ТПИ на 1,5 ГэВ. М.: Атомиздат, 1968 г.1. A.A. Vorobyov, I.P. Chuchalin, A.G. Vlasov and others. 1.5 GeV TPI synchrotron. M .: Atomizdat, 1968
2. В.А.Москалев. Патент на изобретение №2193829, "Индукционный ускоритель заряженных частиц", Бюллетень изобретений, №33, 2002 г.2. V.A. Moskalev. Patent for invention No. 2193829, "Induction accelerator of charged particles", Bulletin of inventions, No. 33, 2002
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004110309/06A RU2265974C1 (en) | 2004-04-05 | 2004-04-05 | Iron-less synchrotron |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004110309/06A RU2265974C1 (en) | 2004-04-05 | 2004-04-05 | Iron-less synchrotron |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004110309A RU2004110309A (en) | 2005-10-20 |
| RU2265974C1 true RU2265974C1 (en) | 2005-12-10 |
Family
ID=35862511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004110309/06A RU2265974C1 (en) | 2004-04-05 | 2004-04-05 | Iron-less synchrotron |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2265974C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462009C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-09-20 | Мурадин Абубекирович Кумахов | Method of changing direction of beam of accelerated charged particles, device for realising said method, electromagnetic radiation source, linear and cyclic charged particle accelerators, collider and means of producing magnetic field generated by current of accelerated charged particles |
| RU2462782C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-09-27 | Мурадин Абубекирович Кумахов | Method of transforming beams of accelerated charged particles and guide structure for realising said method |
-
2004
- 2004-04-05 RU RU2004110309/06A patent/RU2265974C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Воробьев А.А. и др. Синхротрон ТПИ на 1,5 ГэВ. - М.: Атомиздат, 1968. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462009C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-09-20 | Мурадин Абубекирович Кумахов | Method of changing direction of beam of accelerated charged particles, device for realising said method, electromagnetic radiation source, linear and cyclic charged particle accelerators, collider and means of producing magnetic field generated by current of accelerated charged particles |
| RU2462782C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-09-27 | Мурадин Абубекирович Кумахов | Method of transforming beams of accelerated charged particles and guide structure for realising said method |
| WO2012169932A2 (en) | 2011-06-08 | 2012-12-13 | Kumakhov Muradin Abubekirovich | Method for changing the direction of an accelerated charged particle beam, a device for implementing said method, a source of electromagnetic radiation, linear and circular charged particle accelerators, a collider and means for producing a magnetic field created by a stream of accelerated charged particles |
| WO2012169933A2 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-13 | Kumakhov Muradin Abubekirovich | Method for converting accelerated charged particle beams and a guidance structure for implementing such a method |
| WO2012169932A3 (en) * | 2011-06-08 | 2013-03-21 | Kumakhov Muradin Abubekirovich | Method and device for changing the direction of a charged particle beam |
| WO2012169933A3 (en) * | 2011-06-08 | 2013-03-21 | Kumakhov Muradin Abubekirovich | Method for converting accelerated charged particle beams and a guidance structure for implementing such a method |
| US9779905B2 (en) | 2011-06-08 | 2017-10-03 | Muradin Abubekirovich Kumakhov | Method and device for changing the direction of movement of a beam of accelerated charged particles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004110309A (en) | 2005-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2316157C2 (en) | Linear accelerator for accelerating an ion beam | |
| US6057655A (en) | Method for sweeping charged particles out of an isochronous cyclotron, and device therefor | |
| EP2329692B1 (en) | High-current dc proton accelerator | |
| JP2015065102A (en) | Circular accelerator | |
| CN108566721B (en) | Linear accelerator and synchrotron | |
| WO2006036177A1 (en) | Multi-channel induction accelerator with external channels | |
| JP2000228299A5 (en) | Resonator for linear accelerator of ion implanter | |
| JP2001326100A (en) | Direct current electron beam acceleration device and method of direct current electron beam acceleration | |
| RU2265974C1 (en) | Iron-less synchrotron | |
| Nešković et al. | Status report on the VINCY Cyclotron | |
| KR101378384B1 (en) | Cyclotron | |
| JP3098590B2 (en) | Method and apparatus for accelerating cyclotron | |
| US6653640B2 (en) | Multichannel linear induction accelerator of charged particles | |
| Larionov et al. | Design of multi-beam klystron in X-band | |
| CN1310576C (en) | Particle accelerator | |
| RU2193829C1 (en) | Induction charged-particle accelerator | |
| Moskalev | Iron-free electron synchrotron with weak focusing | |
| Neskovic et al. | Status report of the VINCY Cyclotron | |
| Swenson | An rf focused interdigital linac structure | |
| RU69370U1 (en) | Betatron Emitter | |
| Naik et al. | Design of a “two-ion source” Charge Breeder using ECR ion source in two frequency mode | |
| RU2448387C2 (en) | Method to produce high-charge ion beam | |
| Takeda | Japan Linear Collider (JLC) | |
| Swenson | An RF focused interdigital ion accelerating structure | |
| Ramsell et al. | Design of an Ion Cyclotron Resonance Accelerator for Experimental Study |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080406 |