RU2557798C1 - Способ ускорения электронов - Google Patents
Способ ускорения электронов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2557798C1 RU2557798C1 RU2014109510/07A RU2014109510A RU2557798C1 RU 2557798 C1 RU2557798 C1 RU 2557798C1 RU 2014109510/07 A RU2014109510/07 A RU 2014109510/07A RU 2014109510 A RU2014109510 A RU 2014109510A RU 2557798 C1 RU2557798 C1 RU 2557798C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- electrons
- time
- acceleration
- injection
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для генерации электронов с большой энергией для последующего использования в дефектоскопии, томографии, радиационных испытаниях стойкости материалов, лучевой терапии и других областях техники. Способ ускорения электронов включает формирование возрастающего во времени магнитного поля, коррекцию магнитного поля дополнительным импульсным магнитным полем, импульсную инжекцию электронов в скорректированное магнитное поле, ускорение пучка частиц на равновесной орбите. Корректирующее дополнительное импульсное магнитное поле включают после начала импульсной инжекции электронов в магнитное поле. Техническим результатом является увеличение количества ускоренных электронов в импульсе излучения бетатрона. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области ускорительной техники и предназначено для генерации высокоэнергетичных электронов для последующего использования в дефектоскопии, томографии, радиационных испытаниях стойкости материалов, лучевой терапии и др.
Известен способ индукционного ускорения электронов, реализуемый в бетатронах [1. Москалев В.А., Сергеев Г.И. Индукционный ускоритель электронов - бетатрон. - Томск: ТПУ, 2012. - С. 103], который включает формирование возрастающего во времени магнитного поля, коррекцию магнитного поля дополнительным импульсным магнитным полем, импульсную инжекцию электронов в скорректированное магнитное поле, ускорение электронов на равновесной орбите.
Известен, способ индукционного ускорения электронов, реализуемый в бетатронах [2. Демидов И.И., Лисин В.А. Секторный контрактор бетатрона //Актуальные проблемы современной онкологии. - Томск: ТГУ, 1984. - Вып. 3. - С. 30-33.], выбранный в качестве прототипа, который включает формирование возрастающего во времени магнитного поля, коррекцию магнитного поля дополнительным импульсным магнитным полем, импульсную инжекцию электронов в скорректированное магнитное поле, ускорение электронов на равновесной орбите, причем коррекцию магнитного поля дополнительным импульсным магнитным полем и импульсную инжекцию электронов начинают одновременно.
Количество электронов, ускоренных этими способами в импульсе излучения бетатрона, ограничено из-за малой длительности интервала времени захвата электронов в ускорение, в течение которого энергия инжектируемых электронов соответствует напряженности магнитного поля на равновесной орбите.
Задачей настоящего изобретения является увеличение количества ускоренных электронов в импульсе излучения.
Поставленная задача решена за счет того, что способ ускорения электронов, так же как и в прототипе, включает формирование возрастающего во времени магнитного поля, коррекцию магнитного поля дополнительным импульсным магнитным полем, импульсную инжекцию электронов в скорректированное магнитное поле, ускорение пучка частиц на равновесной орбите.
Согласно изобретению корректирующее дополнительное импульсное магнитное поле включают после начала импульсной инжекции электронов в магнитное поле.
Включение корректирующего дополнительного импульсного магнитного поля после начала импульсной инжекции электронов в магнитное поле позволяет при подборе амплитуд и простых временных зависимостей корректирующего дополнительного импульсного магнитного поля и напряжения импульсной инжекции электронов, увеличить длительность интервала времени захвата электронов в ускорение, в течение которого энергия инжектируемых электронов соответствует напряженности магнитного поля на равновесной орбите, до длительности действия корректирующего дополнительного импульсного магнитного поля.
Увеличение длительности интервала времени захвата электронов в ускорение соответствует увеличению количества ускоренных электронов в импульсе излучения.
На фиг. 1 показана принципиальная схема бетатрона.
На фиг. 2 показаны зависимости токов в обмотках возбуждения, в обмотках контрактора и напряжения инжекции от времени.
На фиг. 3 представлены зависимость энергии электронов, соответствующей радиусу равновесной орбиты и напряженности магнитного поля на ней, а также тока в обмотках, генерирующих корректирующее дополнительное импульсное магнитное поле, и энергии инжектируемых электронов от времени при реализации предлагаемого способа.
На фиг. 4 показана зависимость радиуса равновесной орбиты от времени в интервале времени включения корректирующего дополнительного импульсного магнитного поля.
На фиг. 5 представлены зависимость энергии электронов, соответствующей радиусу равновесной орбиты и напряженности магнитного поля на ней, а также тока в обмотках, генерирующих корректирующее дополнительное импульсное магнитное поле, и энергии инжектируемых электронов от времени при реализации известного способа.
Способ ускорения электронов осуществляют, например, малогабаритным бетатроном, который содержит магнитопровод 1 (фиг. 1), обмотки возбуждения 2, профильные полюсы 3, набор центральных вкладышей 4, ускорительную камеру 5, инжектор 6, обмотки контрактора 7.
Формирование основного магнитного поля осуществляют путем пропускания в каждом цикле ускорения длительностью, например, 1 мс через обмотки возбуждения 2 возрастающего во времени t тока Iв (фиг. 2).
При этом профильные полюсы 3, набор центральных вкладышей 4, величина зазора между профильными полюсами 3 обеспечивают распределение напряженности магнитного поля, в котором на радиусе
=Ro=const выполняется "бетатронное соотношение":
где
- текущая напряженность магнитного поля на орбите радиуса Ro в медианной плоскости (z=0) в момент времени
;
Кинетическая энергия
, с которой на орбите с радиусом Ro может находится электрон в момент времени t до включения корректирующего дополнительного импульсного магнитного поля и после выключения корректирующего дополнительного импульсного магнитного поля при напряженности магнитного поля на орбите
, соответствует соотношениям:
и равна:
c - скорость света,
Зависимости
от времени t до включения корректирующего дополнительного импульсного магнитного поля и после его выключения показаны на фиг. 3.
В момент времени tи включают инжекцию электронов, напряжение которой изменяется по зависимости Uи(t) (фиг. 2).
По такой же зависимости возрастает энергия инжектируемых электронов (фиг. 3):
При достижении равенства:
в момент времени tк включают на время Tк корректирующее дополнительное импульсное магнитное поле путем пропускания тока через обмотки контрактора 7 в соответствии с зависимостью
(фиг. 2, фиг. 3).
В скорректированном магнитном поле радиус R(t) орбиты, соответствующей "бетатронному соотношению", в интервале времени Tк изменяется от Ro до Rмакс (фиг. 4).
Возрастающая во времени кинетическая энергия:
с которой электрон может находиться на орбите с радиусом R(t), и возрастающая во времени энергия инжектируемых электронов
с момента времени tк в течение интервала времени Tк практически равны в пределах энергетического разброса электронов, соответствующего их ускорению:
(фиг. 3), и соответственно инжектируемые электроны захватываются на орбиту с радиусом R(t), которая становится благодаря фокусирующим свойствам скорректированного магнитного поля равновесной орбитой ускорения захваченных электронов.
Длительность времени захвата ТЗ (интервала времени сопряжения зависимостей
и
) равна (фиг. 3) длительности действия корректирующего дополнительного импульсного магнитного поля ТК, ТЗ=ТК.
Причем захватываемые электроны остаются на равновесной орбите с радиусом R(t), так как Rмакс (фиг. 4) достаточно сильно отличается от Rин - радиуса расположения инжектора (фиг. 1), элемента ограничивающего пространство, в котором могут перемещаться захваченные электроны, совершая колебания относительно равновесной орбиты.
В интервале времени от tи до tк и после момента времени tк+Tк электроны с уменьшающейся в процессе инжекции энергией инжектируются в нескорректированное возрастающее во времени магнитное поле и не захватываются на равновесную орбиту из-за несоответствия энергии инжектируемых электронов и напряженности магнитного поля на равновесной орбите.
При условии ограничения амплитуды тока в обмотках контрактора Iк(t), а значит, и Rмакс длительность времени захвата ТЗ ограничена только необходимостью сформировать простые по форме и согласованные по амплитуде импульсы напряжения инжекции и тока в обмотках контрактора 7 достаточно большой длительности, что выполняется известными средствами.
Определение зависимостей
и
при конкретной реализации способа проводится компьютерным моделированием с последующим экспериментальным уточнением.
На фиг. 5 приведены зависимости, соответствующие известному способу ускорения электронов [2]. Если
, то при любых параметрах изменения напряжения инжекции (энергии инжектируемых электронов) невозможно выполнение равенства:
во всем интервале времени ТК, время захвата ТЗ мало и составляет только малую часть времени действия корректирующего поля ТК, ТЗ<<ТК.
Большая длительность времени захвата электронов в ускорение, превосходящая длительность времени захвата при реализации известного способа соответствует большему по сравнению с известным способом количеству ускоренных электронов в импульсе излучения.
Claims (1)
- Cпособ ускорения электронов, включающий формирование возрастающего во времени магнитного поля, коррекцию магнитного поля дополнительным импульсным магнитным полем, импульсную инжекцию электронов в скорректированное магнитное поле, ускорение пучка частиц на равновесной орбите, отличающийся тем, что корректирующее дополнительное импульсное магнитное поле включают после начала импульсной инжекции электронов в магнитное поле.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109510/07A RU2557798C1 (ru) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Способ ускорения электронов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109510/07A RU2557798C1 (ru) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Способ ускорения электронов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2557798C1 true RU2557798C1 (ru) | 2015-07-27 |
Family
ID=53762522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014109510/07A RU2557798C1 (ru) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Способ ускорения электронов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2557798C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809178C2 (ru) * | 2023-04-12 | 2023-12-07 | Евгений Львович Маликов | Бетатрон с корректировкой оси выведенного электронного пучка |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2359434C2 (ru) * | 2007-07-05 | 2009-06-20 | Геннадий Варламович Долбилов | Способ индукционного ускорения заряженных частиц |
US20090290684A1 (en) * | 2006-11-28 | 2009-11-26 | Bermuth Joerg | Circular accelerator with adjustable electron final energy |
RU2009130106A (ru) * | 2007-12-14 | 2011-02-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. (Nl) | Бетатрон с простым возбуждением |
-
2014
- 2014-03-13 RU RU2014109510/07A patent/RU2557798C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090290684A1 (en) * | 2006-11-28 | 2009-11-26 | Bermuth Joerg | Circular accelerator with adjustable electron final energy |
RU2359434C2 (ru) * | 2007-07-05 | 2009-06-20 | Геннадий Варламович Долбилов | Способ индукционного ускорения заряженных частиц |
RU2009130106A (ru) * | 2007-12-14 | 2011-02-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. (Nl) | Бетатрон с простым возбуждением |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809178C2 (ru) * | 2023-04-12 | 2023-12-07 | Евгений Львович Маликов | Бетатрон с корректировкой оси выведенного электронного пучка |
RU2809178C9 (ru) * | 2023-04-12 | 2024-02-14 | Евгений Львович Маликов | Бетатрон с корректировкой оси выведенного электронного пучка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mackenroth et al. | Determining the carrier-envelope phase of intense few-cycle laser pulses | |
Karlovets | Electron with orbital angular momentum in a strong laser wave | |
Vais et al. | Nonlinear Thomson scattering of a relativistically strong tightly focused ultrashort laser pulse | |
Babich et al. | Generalized Paschen’s law for overvoltage conditions | |
Harvey et al. | Focusing effects in laser-electron Thomson scattering | |
Fubiani et al. | Improvement of electron beam quality in optical injection schemes using negative plasma density gradients | |
Ekdahl et al. | Emittance growth in the DARHT-II linear induction accelerator | |
Harvey | In situ characterization of ultraintense laser pulses | |
Haghighat et al. | New collider searches for axionlike particles coupling to gluons | |
Corsini et al. | Experimental results on electron beam combination and bunch frequency multiplication | |
RU2557798C1 (ru) | Способ ускорения электронов | |
Shen et al. | The test pulse line ion accelerator in Lanzhou | |
Pramudita et al. | Simulations of Beam Quality in a 13 MeV PET Cyclotron | |
Ainsworth et al. | The influence of parasitic modes on beam dynamics for the European spallation source linac | |
Benedetto et al. | Space charge effects and mitigation in the CERN PS Booster, in view of the upgrade | |
Wang et al. | Scattering of magnetic mirror trapped fast electrons by a shear Alfvén wave | |
Pavlov et al. | Magnetic buncher accelerator for radiation hardness research and pulse detector characterization | |
RU2005104467A (ru) | Способ и устройство обнаружения контрабанды | |
Muggli et al. | Three regimes of relativistic beam-plasma interaction | |
Galkin et al. | Temporal and Spectral Characteristics of the Radiation Generated by an Electron Driven by a Relativistically Intense Laser Field | |
Dinescu et al. | Using a Bent Tube as an Energy Filter for a Positron Beam. Simulations on Determining the Optimum Angle of the Bend | |
RU2687083C1 (ru) | Способ измерения частот поперечных некогерентных колебаний заряженных частиц, ускоряемых в синхроциклотроне | |
Lee et al. | Study of the ramping process for Korea-4GSR | |
Ovsyannikov et al. | Optimization and simulations of beam dynamics in APF accelerators | |
RU2468546C1 (ru) | Способ ускорения позитронов и устройство для его реализации |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170314 |