RU2554111C1 - Method of axial injection of bundle into cyclotron with superhigh magnetic field - Google Patents
Method of axial injection of bundle into cyclotron with superhigh magnetic field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554111C1 RU2554111C1 RU2014103854/07A RU2014103854A RU2554111C1 RU 2554111 C1 RU2554111 C1 RU 2554111C1 RU 2014103854/07 A RU2014103854/07 A RU 2014103854/07A RU 2014103854 A RU2014103854 A RU 2014103854A RU 2554111 C1 RU2554111 C1 RU 2554111C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inflector
- cyclotron
- median plane
- particle
- vertical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Изобретение относится к области циклотронной техники и может быть использовано в компактных циклотронах и синхроциклотронах со сверхвысокими магнитными полями при необходимости использования внешнего источника ионов. Ускорители такого типа используются главным образом в медицине, когда необходимы интенсивности выведенного пучка >200 мкА. Очевидно, что размер ускорителя определяется уровнем магнитного поля. При помощи технологии, использующей сверхпроводимость, возможно получить магнитные поля 9-10 Тл. Основным ограничением, накладываемым при использовании сверхвысоких магнитных полей в центре (полей больше 4-5 Тл), является трудность создания центральной зоны циклотрона, в которой возможно было бы перевести пучок из вертикальной плоскости в медианную плоскость ускорителя, не потеряв при этом в интенсивности пучка. Практически все ускорители такого типа для перевода пучка используют спиральный электростатический инфлектор. Частицы, двигаясь в сильном магнитном поле по круговой орбите малого радиуса, не могут обогнуть пластины корпуса инфлектора. Коэффициент проводки пучка (трансмиссия) через центральную зону при этом падает. Работы по созданию сверхкомпактных ускорителей вылились в отдельную ветвь в ускорительной технике [1, 2] и становятся все более актуальными.The invention relates to the field of cyclotron technology and can be used in compact cyclotrons and synchrocyclotrons with ultrahigh magnetic fields, if necessary, use an external ion source. Accelerators of this type are mainly used in medicine when the intensities of the extracted beam> 200 μA are needed. Obviously, the size of the accelerator is determined by the level of the magnetic field. Using technology using superconductivity, it is possible to obtain magnetic fields of 9-10 T. The main limitation imposed when using ultrahigh magnetic fields in the center (fields greater than 4-5 T) is the difficulty in creating the central zone of the cyclotron, in which it would be possible to transfer the beam from the vertical plane to the median plane of the accelerator without losing the beam intensity. Almost all accelerators of this type use a spiral electrostatic inflector to translate the beam. Particles moving in a strong magnetic field in a circular orbit of small radius cannot go around the plates of the body of the inflector. The beam transmission coefficient (transmission) through the central zone decreases. Work on the creation of supercompact accelerators resulted in a separate branch in accelerator technology [1, 2] and are becoming increasingly relevant.
Уровень техники.The level of technology.
Возможный путь к продвижению в область больших магнитных полей состоит в повышении напряжения на ускоряющих электродах и увеличение количества ускоряющих дуантов [3]. В этом случае частица, вылетая из спирального инфлектора, получает большой набор энергии при совершении первого оборота. При этом ее энергия изменяется настолько, что радиус кривизны траектории становится достаточным для того, чтобы обогнуть корпус инфлектора. Такой подход неудобен тем, что он противоречит основному требованию к современным компактным ускорителям - минимальным энергетическим затратам при их использовании. Следующим возможным решением проблемы может быть изменение энергии инжектируемых частиц [4]. При этом эффективно как увеличение энергии инжекции, так и ее уменьшение. В первом случае с увеличением скорости инжектируемой частицы возрастает ее магнитный радиус кривизны при прохождении спирального инфлектора. Учитывая то, что электрический радиус инфлектора не является определяющим при выборе ширины пластин, которая в основном зависит от зазора между ними, можно получить геометрическую структуру инфлектора такую, которую возможно обогнуть частицам на первом обороте. При уменьшении энергии инжектируемых частиц возникает ситуация, когда магнитный радиус инфлектора уменьшается, но при этом остается неизменным напряжение на ускоряющих электродах. Основной эффект сводится к тому, что при прохождении первого ускоряющего промежутка частица получает более значительный прирост энергии по сравнению с ее начальной энергией, а значит, и радиус кривизны ее траектории становится гораздо больше геометрического размера инфлектора. При этом становится возможным частице совершить первый оборот без потери на геометрической структуре. Недостатками данных методов является то, что они являются лишь частичным решением проблемы и полезны лишь при небольшом повышении магнитного поля. На пути повышения энергии инжекции стоит тот факт, что современные источники ионов имеют ограничения по максимально возможной энергии частиц на уровне 25-30 кэВ. К тому же, при большей энергии частицы необходимо иметь и большее напряжение на обкладках инфлектора, что является немаловажным фактором, затрудняющим разработку инфлектора. При использовании низкоэнергетического инжектируемого пучка существенной проблемой становится создание самого спирального инфлектора с малым параметром магнитного радиуса.A possible way to advance into the region of high magnetic fields is to increase the voltage at the accelerating electrodes and increase the number of accelerating duants [3]. In this case, a particle flying out of a spiral inflector receives a large set of energy during the first revolution. At the same time, its energy changes so much that the radius of curvature of the trajectory becomes sufficient to go around the body of the inflector. This approach is inconvenient in that it contradicts the basic requirement for modern compact accelerators - the minimum energy costs when using them. The next possible solution to the problem may be a change in the energy of the injected particles [4]. At the same time, both an increase in the injection energy and its decrease are effective. In the first case, with an increase in the velocity of the injected particle, its magnetic radius of curvature increases as the spiral inflector passes. Considering that the electric radius of the inflector is not decisive when choosing the width of the plates, which mainly depends on the gap between them, it is possible to obtain a geometric structure of the inflector such that it is possible to circumnavigate the particles at the first revolution. When the energy of the injected particles decreases, a situation arises when the magnetic radius of the inflector decreases, but the voltage on the accelerating electrodes remains unchanged. The main effect boils down to the fact that when passing through the first accelerating gap, the particle receives a more significant increase in energy compared to its initial energy, which means that the radius of curvature of its trajectory becomes much larger than the geometric size of the inflector. In this case, it becomes possible for the particle to make the first revolution without loss on the geometric structure. The disadvantages of these methods is that they are only a partial solution to the problem and are useful only with a slight increase in the magnetic field. On the way to increasing the injection energy is the fact that modern ion sources have limitations on the maximum possible particle energy at the level of 25-30 keV. In addition, with a higher particle energy, it is necessary to have a higher voltage on the plates of the inflector, which is an important factor that complicates the development of the inflector. When using a low-energy injected beam, the creation of the spiral inflector itself with a small parameter of the magnetic radius becomes a significant problem.
Наиболее близким к указанному изобретению является способ аксиальной инжекции пучка в компактный синхроциклотрон, описанный в работе [5]. Приведенный синхроциклотрон имеет магнитное поле в центре 4.7 Тл. Авторы следуют направлению миниатюризации структуры центра. При такой реализации минимизируются геометрические размеры спирального инфлектора и окружающей его инфраструктуры (Фиг.1). Основной особенностью предложенной структуры центральной зоны ускорителя выступает сам спиральный инфлектор. В его стандартную конструкцию внесен ряд изменений. Во-первых, предлагается геометрия пластин инфлектора с отношением ширины пластины к зазору между пластинами, равным 1.25, тогда как обычно эта величина порядка 2. Очевидно, что в таком варианте краевые поля электрического поля инфлектора будут попадать в область прохождения пучка между пластинами. Такое поле, несомненно, внесет искажения в фазовые распределения пучка на выходе из инфлектора. Для того чтобы избежать этой проблемы, предлагается установить дополнительные слабо проводящие проволочки параллельно пластинам инфлектора, находящиеся под различными потенциалами. Проводники покрыты стеклом либо другим изолятором. Такая конструкция призвана выровнять поле между пластинами. Расчеты в трехмерной программе показали, что при использовании 9 проволочек удается получить поле с уровнем равномерности порядка 2.5%. Следующим важным моментом является наличие выреза в корпусе инфлектора напротив зазора (2, Фиг.1). Благодаря такому вырезу удается избежать потерь частиц на этой части корпуса при завершении ими первого оборота в магнитном поле. С другой стороны, наличие выреза приводит к тому, что электрическое поле инфлектора «вываливается» наружу. Эффект наличия поля вне корпуса инфлектора приводит к вертикальному отклонению пучка и к увеличению аксиальных потерь. Как возможное решение данной проблемы авторы указывают на оптимизацию напряжения на пластинах инфлектора с целью создания более равномерного поля. Совместно с этим предлагается потенциал верхнего электрода задать нулевым, при этом, естественно, увеличив вдвое потенциал нижнего электрода инфлектора. Расчеты динамики пучка, проведенные авторами на идеализированном пучке частиц, показывают, что при соблюдении всех предложенных конструктивных и оптимизационных решений можно обеспечить прохождение пучка через центральную область без потерь. Существенным недостатком предложенной конструкции центральной зоны ускорителя является весьма сложная структура спирального инфлектора, которую проблематично изготовить и при этом обеспечить заданные точности.Closest to the specified invention is a method of axial injection of a beam into a compact synchrocyclotron described in [5]. This synchrocyclotron has a magnetic field in the center of 4.7 T. The authors follow the direction of miniaturization of the structure of the center. With this implementation, the geometric dimensions of the spiral inflector and the surrounding infrastructure are minimized (Figure 1). The main feature of the proposed structure of the central zone of the accelerator is the spiral inflector itself. A number of changes have been made to its standard design. Firstly, it is proposed that the geometry of the plates of the inflector with the ratio of the plate width to the gap between the plates equal to 1.25, while this value is usually of the order of 2. It is obvious that in this embodiment, the edge fields of the electric field of the inflector will fall into the beam passage between the plates. Such a field will undoubtedly introduce distortions into the phase distributions of the beam at the exit of the inflector. In order to avoid this problem, it is proposed to install additional weakly conducting wires parallel to the plates of the inflector, which are under different potentials. Conductors are covered with glass or another insulator. This design is designed to align the field between the plates. Calculations in a three-dimensional program showed that when using 9 wires, it is possible to obtain a field with a uniformity level of the order of 2.5%. The next important point is the presence of a cutout in the case of the inflector opposite the gap (2, Figure 1). Thanks to this cut-out, it is possible to avoid loss of particles on this part of the body when they complete the first revolution in a magnetic field. On the other hand, the presence of a notch leads to the fact that the electric field of the inflector "falls out" out. The effect of the presence of a field outside the body of the inflector leads to a vertical deflection of the beam and to an increase in axial losses. As a possible solution to this problem, the authors point to optimizing the voltage on the plates of the inflector in order to create a more uniform field. Together with this, it is proposed that the potential of the upper electrode be set to zero, while, naturally, doubling the potential of the lower electrode of the inflector. Calculations of the beam dynamics by the authors on an idealized particle beam show that if all the proposed structural and optimization solutions are observed, it is possible to ensure that the beam passes through the central region without loss. A significant drawback of the proposed design of the central zone of the accelerator is the very complex structure of the spiral inflector, which is difficult to manufacture and at the same time ensure the specified accuracy.
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
Технической задачей, выполняемой изобретением, является осуществление аксиальной инжекции пучка в компактный циклотрон со сверхвысоким магнитным полем.The technical task performed by the invention is the implementation of axial injection of the beam into a compact cyclotron with an ultrahigh magnetic field.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что предложен способ аксиальной инжекции пучка частиц в компактный циклотрон со сверхвысоким магнитным полем, включающий в себя поворот пучка электрическим полем в спиральном инфлекторе из аксиального направления в системе аксиальной инжекции в медианную плоскость циклотрона так, что инфлектор инжектирует частицы, создавая пространственное разделение по вертикали между их траекториями и инфраструктурой инфлектора. Таким образом, частица пучка может не огибать корпус инфлектора, как это принято, а двигаться под ним. При этом вертикальные колебания частиц пучка происходят симметрично относительно медианной плоскости ускорителя за счет того, что спиральный инфлектор расположен таким образом, что его пластины на выходе имеют несимметричное положение относительно медианной плоскости ускорителя. Для того чтобы осуществить такой механизм, предлагается создание такой конструкции инфлектора, при использовании которого частицы пучка переводятся в плоскость циклотрона под определенным углом (Фиг.2). В этом его отличие от стандартного спирального инфлектора, при движении в котором частицы входят в медианную плоскость ускорителя под углом, близким к нулевому. В предлагаемом случае частица, имея достаточный угол с медианной плоскостью циклотрона, отклоняется по вертикали от нее на расстояние, достаточное для того, чтобы ее траектория (3, Фиг.2) находилась на разном уровне по вертикали с корпусом инфлектора (1, Фиг.2). В такой ситуации частица, имея малый радиус вращения в магнитном поле, не пересекается с геометрической структурой инфлектора и его корпуса.The essence of the present invention lies in the fact that the proposed method of axial injection of a particle beam into a compact cyclotron with an ultrahigh magnetic field, which includes turning the beam by an electric field in a spiral inflector from an axial direction in an axial injection system into the median plane of the cyclotron so that the inflector injects particles, creating a vertical spatial separation between their trajectories and the inflector infrastructure. Thus, the particle of the beam may not bend around the body of the inflector, as is customary, but move under it. In this case, the vertical oscillations of the beam particles occur symmetrically with respect to the median plane of the accelerator due to the fact that the spiral inflector is located so that its output plates have an asymmetric position relative to the median plane of the accelerator. In order to implement such a mechanism, it is proposed to create such an inflector design, using which the beam particles are transferred to the cyclotron plane at a certain angle (Figure 2). This is its difference from the standard spiral inflector, when moving in which particles enter the median plane of the accelerator at an angle close to zero. In the proposed case, the particle, having a sufficient angle with the median plane of the cyclotron, deviates vertically from it by a distance sufficient so that its path (3, FIG. 2) is at a different level vertically with the body of the inflector (1, FIG. 2 ) In such a situation, a particle having a small radius of rotation in a magnetic field does not intersect with the geometric structure of the inflector and its body.
Отличительными признаками изобретения являются: 1. Спиральный инфлектор инжектирует частицы пучка, создавая пространственное разделение по вертикали между их траекториями и инфраструктурой инфлектора. 2. Устойчивые вертикальные колебания частиц пучка происходят симметрично, относительно медианной плоскости ускорителя, за счет того, что спиральный инфлектор расположен таким образом, что его пластины на выходе имеют несимметричное положение относительно медианной плоскости ускорителя.Distinctive features of the invention are: 1. A spiral inflector injects beam particles, creating a vertical spatial separation between their paths and the infrastructure of the inflector. 2. Stable vertical vibrations of the beam particles occur symmetrically relative to the median plane of the accelerator, due to the fact that the spiral inflector is located so that its output plates have an asymmetric position relative to the median plane of the accelerator.
Перечень фигур.Enumeration of figures.
Фиг.1 - Центральная зона синхроциклотрона (1 - корпус спирального инфлектора, 2 - вырез в корпусе инфлектора).Figure 1 - Central zone of the synchrocyclotron (1 - spiral inflector case, 2 - cutout in the inflector case).
Фиг.2 - Движение частицы в спиральном инфлекторе (1 - корпус инфлектора, 2 - спиральный инфлектор, 3 - траектория центральной частицы).Figure 2 - Movement of a particle in a spiral inflector (1 - body of the inflector, 2 - spiral inflector, 3 - the trajectory of the central particle).
Фиг.3 - Модификация спирального инфлектора (1 - вход инфлектора, 2 - выход инфлектора, 3 - плоскость обрезки пластин).Figure 3 - Modification of the spiral inflector (1 - input of the inflector, 2 - output of the inflector, 3 - plane of cropping plates).
Фиг.4 - Расположение инфлектора в корпусе (1 - вход в спиральный инфлектор, 2 - верхняя пластина инфлектора, находящаяся под положительным потенциалом, 3 - нижняя пластина, находящаяся под нулевым потенциалом, 4 - корпус инфлектора, 5 - медианная плоскость ускорителя).Figure 4 - The location of the inflector in the housing (1 - the entrance to the spiral inflector, 2 - the upper plate of the inflector under positive potential, 3 - the lower plate, under zero potential, 4 - the body of the inflector, 5 - median plane of the accelerator).
Фиг.5 - Взаимное расположение траектории частицы и корпуса инфлектора. Вид сверху (1 - траектория частицы, 2 - корпус инфлектора).Figure 5 - The relative position of the particle path and the body of the inflector. Top view (1 - particle path, 2 - inflector housing).
Фиг.6 - Взаимное расположение траектории частицы на первом обороте и корпуса инфлектора (1 - корпус инфлектора, 2 - траектория частицы).6 - Relative location of the particle path at the first revolution and the body of the inflector (1 - the body of the inflector, 2 - the path of the particle).
Фиг.7 - Движение частицы в центральной зоне компактного циклотрона (1 - корпус инфлектора, 2 - траектория частицы, 3 - ускоряющий дуант, 4 - антидуантная рамка).Fig. 7 — Particle motion in the central zone of a compact cyclotron (1 — inflector body, 2 — particle trajectory, 3 — accelerating duant, 4 — antiduant frame).
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Описанное изобретение применимо к компактным циклотронам и синхроциклотронам со сверхвысоким магнитным полем. Необходимым условием осуществления изобретения является наличие аксиальной инжекции пучка в центр ускорителя перпендикулярно его медианной плоскости и сверхвысокого основного магнитного поля. Для перевода пучка из аксиальной плоскости в плоскость ускорителя служит спиральный электростатический инфлектор (2, Фиг.), который отличается тем, что имеет такую конструкцию, что частицы пучка входят в плоскость ускорителя под определенным углом. На первых оборотах в магнитном поле траектория частицы (3, Фиг.2) имеет пространственное разделение по вертикали с инфлектором и его корпусом (1, Фиг.2). Инфлектор расположен по вертикали таким образом, чтобы его пластины на выходе (2, 3, Фиг.4) располагаются несимметрично относительно медианной плоскости (5, Фиг.4), для того чтобы аксиальные колебания частицы происходили симметрично относительно медианной плоскости ускорителя. Аксиальная устойчивость движения частицы достигается за счет фокусирующего действия сил электрического поля ускоряющих электродов.The described invention is applicable to compact cyclotrons and synchrocyclotrons with an ultrahigh magnetic field. A necessary condition for the implementation of the invention is the presence of axial injection of the beam into the center of the accelerator perpendicular to its median plane and ultrahigh main magnetic field. To transfer the beam from the axial plane to the plane of the accelerator, a spiral electrostatic inflector (2, Fig.) Is used, which differs in that it has such a design that the beam particles enter the plane of the accelerator at a certain angle. At the first revolutions in a magnetic field, the particle path (3, FIG. 2) has a vertical spatial separation with the inflector and its body (1, FIG. 2). The inflector is located vertically so that its plates at the exit (2, 3, Fig. 4) are located asymmetrically with respect to the median plane (5, Fig. 4), so that the axial vibrations of the particle occur symmetrically with respect to the median plane of the accelerator. Axial stability of particle motion is achieved due to the focusing action of the electric field forces of the accelerating electrodes.
Необходимым инфлектором может быть, например, инфлектор, имеющий обрезанные пластины на выходе (Фиг.3). Также можно подобрать параметры инфлектора таким образом, чтобы частицы выходили из него под нужным углом. Для этого достаточно увеличить электрический радиус инфлектора. Компенсация вертикальной составляющей скорости происходит за счет действия сил электрического поля ускоряющих электродов. Устойчивое аксиальное движение частицы достигается за счет оптимизации положения инфлектора с корпусом, формы ускоряющих электродов и вертикального расстояния между электродами.A necessary inflector may be, for example, an inflector having cut-off plates at the outlet (Figure 3). You can also select the parameters of the inflector so that the particles come out of it at the desired angle. To do this, it is enough to increase the electric radius of the inflector. The vertical velocity component is compensated due to the action of the electric field forces of the accelerating electrodes. Stable axial particle motion is achieved by optimizing the position of the inflector with the body, the shape of the accelerating electrodes and the vertical distance between the electrodes.
Пример выполнения способа.An example of the method.
Для исследования применимости предложенного способа аксиальной инжекции пучка к решению поставленной выше технической задачи было проведено математическое моделирование. Анализ проводился на примере компактного циклотрона с магнитным полем в центре 4.5 Тл. Расчеты проводились в программе трассировки частиц с использованием трехмерных полей основного магнита, спирального инфлектора и ускоряющих дуантов. В качестве тестовой частицы использовался Н- ион, инжектируемый аксиально с энергией 25 кэВ. Основная модификация, внесенная в общепринятую структуру спирального инфлектора, состояла в том, что его пластины были обрезаны с конца на 20 градусов (2, Фиг.3). Конструкция также предусматривает распределение электрического потенциала на пластинах таким образом, что верхняя пластина находится под потенциалом +10 кВ, а нижняя пластина имеет потенциал земли. Это позволяет совместить корпус инфлектора (4, Фиг.4) с нижней пластиной (3, Фиг.4), уменьшая тем самым геометрическое расстояние между центром выходного окна корпуса и его нижней границей. Расчеты показали, что при использовании описанной конструкции для инжекции протона в центр циклотрона угол пересечения траектории частицы на выходе из инфлектора с горизонтальной плоскостью ускорителя составляет ~6 градусов. Радиус траектории при этом равен 5.5 мм. Хотя радиус внешней границы корпуса равен 9 мм (2, Фиг.5), траектория частицы пучка (2, Фиг.6) не пересекается с корпусом (1, Фиг.6), так как они находятся на разных уровнях по вертикальной оси. Для того чтобы убедиться в устойчивости аксиального движения частицы, была подготовлена трехмерная модель системы ускоряющих дуантов, с полученным распределением электрического поля было промоделировано движение частицы. Предложенный способ формирования центральной зоны ускорителя позволяет ограничиться малой величиной напряжения на ускоряющих дуантах. Для примера было выбрано напряжение 30 кВ с расстоянием между даунтом и антидуантной рамкой 2.5 мм. Для получения устойчивого аксиального движения геометрия центральной области была выбрана таким образом, что частица пересекала ускоряющие промежутки при спадающем ускоряющем напряжении. При этом очевидно, что имеет место фокусировка электрическим ускоряющим полем. Для того чтобы вертикальные колебания установились относительно медианной плоскости, структура, включающая инфлектор и его корпус, была сдвинута по вертикальной оси на 3.7 мм. Под сдвигом здесь имеется ввиду расположение инфлектора относительно его общепринятого положения, когда плоскость симметрии между пластинами на его выходе совпадает с медианной плоскостью ускорителя. Расчеты показали, что в компактном циклотроне с описанной структурой центральной зоны устанавливается устойчивое движение частицы пучка и захват ее в режим ускорения (Фиг.7). Таким образом, предложенный способ позволяет решить принципиальную проблему циклотронной физики - аксиально инжектировать пучок из внешнего источника в циклотрон со сверхвысоким магнитным полем. Причем при реализации предложенного способа используется относительно простая конфигурация центральной зоны ускорителя.To study the applicability of the proposed method of axial beam injection to the solution of the above technical problem, mathematical modeling was carried out. The analysis was carried out on the example of a compact cyclotron with a magnetic field in the center of 4.5 T. The calculations were carried out in a particle tracing program using three-dimensional fields of the main magnet, a spiral inflector, and accelerating duants. As a test particle, an H - ion injected axially with an energy of 25 keV was used. The main modification introduced into the generally accepted structure of the spiral inflector was that its plates were cut from the end by 20 degrees (2, Fig. 3). The design also provides for the distribution of electric potential on the plates so that the upper plate is at a potential of +10 kV and the lower plate has a ground potential. This allows you to combine the housing of the inflector (4, Figure 4) with the lower plate (3, Figure 4), thereby reducing the geometric distance between the center of the output window of the housing and its lower boundary. The calculations showed that when using the described construction for injecting a proton into the center of the cyclotron, the angle of intersection of the particle trajectory at the exit of the inflector with the horizontal plane of the accelerator is ~ 6 degrees. The radius of the trajectory is 5.5 mm. Although the radius of the outer boundary of the body is 9 mm (2, FIG. 5), the path of the beam particle (2, FIG. 6) does not intersect with the body (1, FIG. 6), since they are at different levels along the vertical axis. In order to verify the stability of the axial motion of the particle, a three-dimensional model of the system of accelerating duants was prepared, with the obtained distribution of the electric field, the particle motion was simulated. The proposed method for the formation of the central zone of the accelerator allows you to limit yourself to a small amount of voltage on the accelerating dees. For an example, a voltage of 30 kV was chosen with a distance between the dount and antiduant frame of 2.5 mm. To obtain stable axial motion, the geometry of the central region was chosen so that the particle crossed the accelerating gaps with a decreasing accelerating voltage. It is obvious that there is a focusing by an electric accelerating field. In order for vertical vibrations to be established relative to the median plane, the structure including the inflector and its body was shifted along the vertical axis by 3.7 mm. Here, the shift refers to the location of the inflector relative to its generally accepted position, when the plane of symmetry between the plates at its exit coincides with the median plane of the accelerator. The calculations showed that in a compact cyclotron with the described structure of the central zone, a stable motion of the beam particle and its capture in acceleration mode are established (Fig. 7). Thus, the proposed method allows to solve the fundamental problem of cyclotron physics - to axially inject a beam from an external source into a cyclotron with an ultrahigh magnetic field. Moreover, when implementing the proposed method, a relatively simple configuration of the central zone of the accelerator is used.
ЛитератураLiterature
1. Т.A. Antaya, "An assessment of the feasibility for high current operation of compact high field superconducting cyclotrons", PSFC/RR-09-16, Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge MA 02139, USA, 2009.1. T.A. Antaya, "An assessment of the feasibility for high current operation of compact high field superconducting cyclotrons", PSFC / RR-09-16, Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge MA 02139, USA, 2009.
2. A.I. Papash, G.A. Karamysheva, L.M. Onischenko, "Compact superconducting synchrocyclotrons at magnetic field level of up to 10 T for proton and carbon therapy", Proc. of RuPAC-2010, Protvino, Russia.2. A.I. Papash, G.A. Karamysheva, L.M. Onischenko, "Compact superconducting synchrocyclotrons at magnetic field level of up to 10 T for proton and carbon therapy", Proc. of RuPAC-2010, Protvino, Russia.
3. D. Campo, L. Calabretta, M. Maggiore, L.A.C. Piazza, "Beam injection and extraction of SCENT300, a superconducting cyclotron for hadrontherapy", Proc. of EPAC08, Genoa, Italy.3. D. Campo, L. Calabretta, M. Maggiore, L.A.C. Piazza, "Beam injection and extraction of SCENT300, a superconducting cyclotron for hadrontherapy", Proc. of EPAC08, Genoa, Italy.
4. V.S. PANDIT, "Study on using high injection voltage and spiral inflector in the central region of VEC", PRAMANA journal of physics, Indian Academy of Sciences, Vol.59, No. 6, pp.1019-1024, 2002.4. V.S. PANDIT, "Study on using high injection voltage and spiral inflector in the central region of VEC", PRAMANA journal of physics, Indian Academy of Sciences, Vol. 59, No. 6, pp. 1019-1024, 2002.
5. Adriano Garonna, "Cyclotron designs for ion beam therapy with cyclinacs", PhD Thesis, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, 2011.5. Adriano Garonna, "Cyclotron designs for ion beam therapy with cyclinacs", PhD Thesis, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, 2011.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014103854/07A RU2554111C1 (en) | 2014-02-04 | 2014-02-04 | Method of axial injection of bundle into cyclotron with superhigh magnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014103854/07A RU2554111C1 (en) | 2014-02-04 | 2014-02-04 | Method of axial injection of bundle into cyclotron with superhigh magnetic field |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2554111C1 true RU2554111C1 (en) | 2015-06-27 |
Family
ID=53498328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014103854/07A RU2554111C1 (en) | 2014-02-04 | 2014-02-04 | Method of axial injection of bundle into cyclotron with superhigh magnetic field |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2554111C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0012054A1 (en) * | 1978-11-23 | 1980-06-11 | COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE Etablissement de Caractère Scientifique Technique et Industriel | Ion beam bundling device with two acceleration intervals of differing lengths, working in a broad range of speeds |
| SU1266452A1 (en) * | 1984-11-30 | 1990-09-30 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method and apparatus for forming high-current ultrarelativistic beams of sub-nanosecond range |
| RU2371793C1 (en) * | 2008-04-14 | 2009-10-27 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method of controlling beam of charged particles in cyclotron |
-
2014
- 2014-02-04 RU RU2014103854/07A patent/RU2554111C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0012054A1 (en) * | 1978-11-23 | 1980-06-11 | COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE Etablissement de Caractère Scientifique Technique et Industriel | Ion beam bundling device with two acceleration intervals of differing lengths, working in a broad range of speeds |
| SU1266452A1 (en) * | 1984-11-30 | 1990-09-30 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method and apparatus for forming high-current ultrarelativistic beams of sub-nanosecond range |
| RU2371793C1 (en) * | 2008-04-14 | 2009-10-27 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method of controlling beam of charged particles in cyclotron |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Т.A. Antaya, "An assessment of the feasibility for high current operation of compact high field superconducting cyclotrons", PSFC/RR-09-16, Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge MA 02139, USA, 2009 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10946219B2 (en) | Fixed field alternating gradient ion accelerator for variable energy extraction | |
| EP3024306B1 (en) | High current cyclotron | |
| Zaremba et al. | Cyclotrons: magnetic design and beam dynamics | |
| Takayama et al. | Racetrack-shape fixed field induction accelerator for giant cluster ions | |
| CN114916118A (en) | Can accelerate alpha particles and H 2+ Cyclotron for particles and high-gain high-precision method | |
| TWI625144B (en) | Heavy particle beam therapy system | |
| Tambasco | Beam Transfer Function measurements and transverse beam stability studies for the Large Hadron Collider and its High Luminosity upgrade | |
| Stoel et al. | Phase space folding studies for beam loss reduction during resonant slow extraction at the CERN SPS | |
| Tecker | Longitudinal beam dynamics in circular accelerators | |
| RU2554111C1 (en) | Method of axial injection of bundle into cyclotron with superhigh magnetic field | |
| Huschauer | Working point and resonance studies at the CERN Proton Synchrotron | |
| Pisent et al. | Spes beam dynamics | |
| Kleeven | Injection and extraction for cyclotrons | |
| RU2608365C1 (en) | Induction synchrotron accelerator with constant magnetic field | |
| Formela et al. | Designing a plasma lens as a matching device for the ilc positron source | |
| Holzer | Introduction to longitudinal beam dynamics | |
| Yao et al. | RF-knockout slow extraction design for XiPAF synchrotron | |
| Hori et al. | Variable-energy isochronous accelerator with cotangential orbits for proton beam therapy | |
| Hock | Transport of Polarized helions in Injector Synchrotrons for the future electron-ion collider project at the Brookhaven National Laboratory | |
| EP2716141B1 (en) | Particle accelerator and method of reducing beam divergence in the particle accelerator | |
| Smirnov | Central region design in a compact cyclotron | |
| EP4346338A1 (en) | Particle accelerator system with fractal magnetic field geometry | |
| Smirnov et al. | Axial injection to a compact cyclotron with high magnetic field | |
| Belikov et al. | Transport and matching of the injecting beam | |
| Machida | S-code for fixed field alternating gradient accelerator design and particle tracking |