RU2560108C1 - High-frequency structure for accelerating cluster ions - Google Patents
High-frequency structure for accelerating cluster ions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2560108C1 RU2560108C1 RU2014116028/07A RU2014116028A RU2560108C1 RU 2560108 C1 RU2560108 C1 RU 2560108C1 RU 2014116028/07 A RU2014116028/07 A RU 2014116028/07A RU 2014116028 A RU2014116028 A RU 2014116028A RU 2560108 C1 RU2560108 C1 RU 2560108C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- accelerating
- drift tubes
- cluster ions
- electric field
- apertures
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц и может быть использовано в ускорительной технике, энергетике, промышленности, медицине.The invention relates to accelerators of charged particles and can be used in accelerator technology, energy, industry, medicine.
Кластерные ионы - сложные структурные образования, состоящие из простых ионов и множества атомов или молекул вещества, характеризуются малой энергией диссоциации и легко разрушаются при взаимных столкновениях.Cluster ions are complex structural formations consisting of simple ions and many atoms or molecules of a substance, are characterized by low dissociation energy and are easily destroyed in mutual collisions.
Аналогом изобретения являются ускорители с широко известными высокочастотными ускоряющими структурами (ВЧ-структурами) с пространственной однородной квадрупольной фокусировкой (И.М. Капчинский. Теория линейных резонансных ускорителей. М.: Энергоиздат. 1982, с. 28-43. 130-144).An analogue of the invention are accelerators with widely known high-frequency accelerating structures (RF structures) with spatial homogeneous quadrupole focusing (IM Kapchinsky. Theory of linear resonant accelerators. M: Energoizdat. 1982, p. 28-43. 130-144).
Недостатком применения таких ВЧ-структур являются малые сечения ускоряющих апертур и низкий темп ускорения, способствующий увеличению числа малых продольных колебаний заряженной частицы вокруг равновесной фазы, что уменьшает интенсивность кластерных ионов в пучке на выходе ускорителя из-за их разрушения в результате взаимных столкновений при ускорении.The disadvantage of using such high-frequency structures is the small cross sections of accelerating apertures and a low acceleration rate, which contributes to an increase in the number of small longitudinal vibrations of a charged particle around the equilibrium phase, which reduces the intensity of cluster ions in the beam at the output of the accelerator due to their destruction as a result of mutual collisions during acceleration.
Другим аналогом являются широко известные одноапертурные ускоряющие высокочастотные структуры с асимметричной фазопеременной фокусировкой (Б.П. Мурин, Б.И. Бондарев, В.В. Кушин и др. Линейные ускорители ионов. М.: Атомиздат. 1978. С. 173-200), обладающие высоким темпом ускорения.Another analogue is the well-known single-aperture accelerating high-frequency structures with asymmetric phase-variable focusing (B.P. Murin, B.I. Bondarev, V.V. Kushin et al. Linear ion accelerators. M .: Atomizdat. 1978. P. 173-200 ) with a high rate of acceleration.
Недостатком является малая величина интенсивности ускоренных заряженных частиц в пучке на выходе ускорителя, связанная с низкой эффективностью их захвата в режим ускорения и большой потерей заряженных частиц в результате действия собственного кулоновского поля пучка и взаимных столкновений, вызванных высокой плотностью ускоряемых заряженных частиц в пучках малого сечения.The disadvantage is the low intensity of accelerated charged particles in the beam at the output of the accelerator, due to the low efficiency of their capture in the acceleration mode and the large loss of charged particles as a result of the intrinsic Coulomb field of the beam and mutual collisions caused by the high density of accelerated charged particles in small cross-section beams.
Наиболее близким аналогом технического решения, принятым за прототип, является многоапертурная высокочастотная ускоряющая структура, реализующая преимущества как принципа асимметричного фазопеременного ускорения, так и одновременного ускорения нескольких ионных пучков, позволяющего уменьшить плотность заряженных частиц в ускоряющих каналах (V. Ganelin. V. Kushin. N Nesterov et all. Multichannel Alternating Phase Focusing Structure for Light Ion Resonant Linac. 5th Europen Partical Accelerator Conference. Barselona. 1996. Abstracts, p. 157).The closest analogue of the technical solution adopted for the prototype is a multi-aperture high-frequency accelerating structure, realizing the advantages of both the principle of asymmetric phase-variable acceleration and simultaneous acceleration of several ion beams, which allows to reduce the density of charged particles in accelerating channels (V. Ganelin. V. Kushin. N Nesterov et al. Multichannel Alternating Phase Focusing Structure for Light Ion Resonant Linac. 5 th Europen Partical Accelerator Conference. Barselona. 1996. Abstracts, p. 157).
Данная ускоряющая высокочастотная структура состоит из резонатора, выполненного в виде бака, внутри которого создано высокочастотное электрическое поле, а на токоведущих шинах, соединенных с землей, установлены трубки дрейфа, выполненные в виде плоских цилиндрических шайб с множеством соосных апертур.This accelerating high-frequency structure consists of a resonator made in the form of a tank, inside of which a high-frequency electric field is created, and drift tubes made in the form of flat cylindrical washers with many coaxial apertures are installed on current-carrying buses connected to the ground.
Недостатком является малая интенсивность ионов в пучке на выходе ускоряющей высокочастотной структуры, обусловленная наличием в ускоряющих зазорах между трубками дрейфа поперечного электрического поля.The disadvantage is the low intensity of the ions in the beam at the output of the accelerating high-frequency structure, due to the presence of a transverse electric field in the accelerating gaps between the drift tubes.
Целью изобретения является увеличение интенсивности кластерных ионов в пучке на выходе высокочастотной структуры для ускорения кластерных ионов.The aim of the invention is to increase the intensity of cluster ions in the beam at the output of a high-frequency structure to accelerate cluster ions.
Поставленная цель достигается тем, что в высокочастотной структуре для ускорения кластерных ионов, состоящей из резонатора, выполненного в виде бака, внутри которого создано высокочастотное электрическое поле, а на токоведущих шинах, электрически соединенных с землей, установлены трубки дрейфа с множеством соосных апертур, выполненные в виде профилированных цилиндрических шайб, профиль плоских поверхностей которых создает различные расстояния между соосными апертурами соседних трубок дрейфа, соответствующие одинаковой величине напряженности ускоряющего высокочастотного электрического поля между этими апертурами.This goal is achieved by the fact that in the high-frequency structure to accelerate cluster ions, consisting of a resonator made in the form of a tank inside which a high-frequency electric field is created, and on current-carrying buses electrically connected to the ground, drift tubes with many coaxial apertures made in in the form of profiled cylindrical washers, the profile of the flat surfaces of which creates different distances between the coaxial apertures of adjacent drift tubes corresponding to the same pressure the magnitude of the accelerating high-frequency electric field between these apertures.
Известно, что на трубках дрейфа, одна точка которых соединена с землей, под действием высокочастотного электрического поля возникает разность электрических потенциалов между участками, пространственно удаленными от заземленной точки (эффект антенны). В результате, при неизменном расстоянии между соосными апертурами соседних трубок дрейфа, что имеет место в аналогах, напряженность электрического поля между соосными апертурами смежных трубок дрейфа, удаленных от точки заземления, будет отличаться от величины напряженности электрического поля между соосными апертурами, расположенными вблизи точки заземления. Поэтому в ускоряющих зазорах между трубками дрейфа возникает поперечное электрическое поле, приводящее как к смещению ускоряемых пучков от расчетной траектории их движения, так и к увеличению длины траекторий осцилляции ионов вокруг равновесной фазы ускоряющего электрического поля, обусловленной эффектом существования малых продольных колебаний в ускоряемом сгустке заряженных частиц. Перечисленные факторы способствуют увеличению вероятности разрушения кластерных ионов из-за взаимных столкновений, их потерям при адсорбции на поверхности трубок дрейфа, особенно в трубках дрейфа с малыми размерами проходных апертур, что уменьшает интенсивность кластерных ионов в ускоренном пучке.It is known that on drift tubes, one point of which is connected to the ground, under the influence of a high-frequency electric field, a difference in electric potentials arises between sections spatially remote from the grounded point (antenna effect). As a result, at a constant distance between the coaxial apertures of adjacent drift tubes, which is the case in the analogues, the electric field strength between the coaxial apertures of adjacent drift tubes remote from the ground point will differ from the electric field strength between coaxial apertures located near the ground point. Therefore, in the accelerating gaps between the drift tubes, a transverse electric field arises, leading both to the displacement of the accelerated beams from the calculated trajectory of their movement, and to an increase in the length of the ion oscillation trajectories around the equilibrium phase of the accelerating electric field, due to the effect of the existence of small longitudinal vibrations in the accelerated bunch of charged particles . These factors contribute to an increase in the probability of destruction of cluster ions due to mutual collisions, their losses during adsorption on the surface of drift tubes, especially in drift tubes with small passage apertures, which reduces the intensity of cluster ions in an accelerated beam.
Сущность предлагаемого изобретения в том, что в результате создаваемого профилем поверхностей трубок дрейфа изменения расстояний между соосными апертурами, находящимися на различных расстояниях от точек заземления данных трубок дрейфа, происходит выравнивание напряженности ускоряющего электрического поля в зазорах между всеми соосными апертурами соседних трубок дрейфа. Что уменьшает величину поперечного электрического поля в ускоряющих зазорах, тем самым уменьшая смещение пучка кластерных ионов от расчетной траектории ускорения и снижая вероятность столкновений кластерных ионов в ускоряемом сгустке, позволяя увеличить их интенсивность в ускоренном пучке на выходе ВЧ-структуры.The essence of the invention is that as a result of the change in the distance between coaxial apertures located at different distances from the grounding points of these drift tubes created by the profile of the surfaces of the drift tubes, the accelerating electric field is aligned in the gaps between all coaxial apertures of the neighboring drift tubes. This reduces the magnitude of the transverse electric field in the accelerating gaps, thereby reducing the displacement of the cluster ion beam from the calculated acceleration path and reducing the probability of collisions of cluster ions in the accelerated bunch, allowing them to increase their intensity in the accelerated beam at the output of the RF structure.
Таким образом, в результате предложенных конструктивных изменений, выразившихся в использовании многоапертурных трубок дрейфа с изменяемым профилем плоских (торцевых) поверхностей, в предлагаемом изобретении появляется новое физическое свойство, а именно, в ускоряющих зазорах между трубками дрейфа исчезает поперечное электрическое поле, что способствует достижению поставленной цели изобретения.Thus, as a result of the proposed design changes, expressed in the use of multi-aperture drift tubes with a variable profile of flat (end) surfaces, a new physical property appears in the invention, namely, in the accelerating gaps between the drift tubes, the transverse electric field disappears, which contributes to the achievement of the set objectives of the invention.
Анализ отличительных существенных признаков и проявленных благодаря им свойств, связанных с достижением положительного эффекта, выразившихся в конструктивных изменениях, вызвавших возникновение новых физических свойств, а именно, исчезновения поперечного электрического поля в ускоряющих зазорах, позволяет считать, что заявленное техническое решение соответствует критерию изобретения.Analysis of the distinctive essential features and the properties manifested due to them, associated with the achievement of a positive effect, expressed in structural changes that caused the appearance of new physical properties, namely, the disappearance of the transverse electric field in the accelerating gaps, allows us to assume that the claimed technical solution meets the criteria of the invention.
В известном способе генерации высокотемпературной ядерной плазмы с помощью столкновения ускоренных сверхтяжелых (кластерных) ионов показано, что появляется возможность на несколько порядков (4 - 5) уменьшить по сравнению с тяжелыми ионами требуемую для начала термоядерного синтеза энергию ускорения, в пересчете на один нуклон (Окороков В.В., Чувило И.В. Препринт ИТЭФ №108. М. 1986) и (Кингсеп А.С., Окороков В.В., Чувило И.В. ЖТФТ.61. Вып. 10. С. 60.), но показано, что возникают большие потери кластерных ионов при их ускорении в известных типах линейных ускорителей (Е.В. Майоров, В.В. Окороков. Об ускорении кластеров в линейном резонансном ускорителе для целей управляемого термоядерного синтеза. Оценка потерь при ускорении. Приборы и Техника Эксперимента. № 5. 2000 г., с. 5-8). In the known method for generating a high-temperature nuclear plasma by means of a collision of accelerated superheavy (cluster) ions, it is shown that it becomes possible to reduce the acceleration energy required for the start of thermonuclear fusion by several orders of magnitude (4-5), in terms of one nucleon (Okorokov V.V., Chuvilo I.V. ITEP Preprint No. 108. M. 1986) and (Kingsep A.S., Okorokov V.V., Chuvilo I.V. ZhTFT. 61. Issue 10. P. 60. ), but it was shown that large losses of cluster ions occur during their acceleration in the known types of linear accelerations attendees (EV Mayorov, VV Okorokov. On cluster acceleration in a linear resonant accelerator for controlled fusion purposes. Acceleration loss estimation. Instruments and Experimental Technique. No. 5. 2000, p. 5-8) .
Предлагаемое изобретение целесообразно использовать для решения таких проблем.The present invention is expediently used to solve such problems.
На фиг. 1 показана высокочастотная структура для ускорения кластерных ионов, состоящая из резонатора 1, выполненного в виде бака, в котором создан вакуум и высокочастотное электрическое поле Е, ускоряющее сгустки кластерных ионов 2, трубок дрейфа 3, выполненных в виде цилиндрических шайб с множеством соосных апертур 4, установленных на токопроводящей шине 5, электрически соединенной с землей.In FIG. 1 shows a high-frequency structure for accelerating cluster ions, consisting of a resonator 1, made in the form of a tank, in which a vacuum and a high-frequency electric field E are created, accelerating clusters of cluster ions 2, drift tubes 3, made in the form of cylindrical washers with many coaxial apertures 4, mounted on a conductive bus 5 electrically connected to the ground.
Известно, что пучок кластерных ионов, попадая в резонатор 1, фиг. 1, в процессе ускорения в высокочастотном электрическом поле Е (ВЧ-поле) распадается на отдельные, состоящие из множества кластерных ионов, сгустки 2, частота следования которых совпадает с частотой ускоряющего ВЧ-поля (И.М. Капчинский. Теория линейных резонансных ускорителей. М.: Энергоиздат, 1982). Кластерные ионы, являясь неустойчивыми образованиями, легко разрушаются в процессе ускорения из-за взаимных столкновений (Е.В. Майоров, В.В. Окороков. Об ускорении кластеров в линейном резонансном ускорителе для целей управляемого термоядерного синтеза. Оценка потерь при ускорении. Приборы и Техника Эксперимента. №5. 2000 г., с. 5-8). В этой же работе показано, что на частоту столкновений кластерных ионов влияют как их плотность в ускоряемых сгустках, так и длина дрейфового пути, который проходят кластерные ионы в процессе ускорения, осциллируя внутри ускоряемого сгустка в результате возникновения эффекта малых продольных колебаний. Ускоряемые в линейных резонансных ускорителях ионы движутся по сложным траекториям, испытывая большое количество малых продольных колебаний относительно равновесной фазы ускоряющего напряжения, приводящих к увеличению длины траекторий их движения (И.М. Капчинский. Теория линейных резонансных ускорителей. М.: Энергоиздат. 1982, с. 28-42). Если бы ионы в ускоряемом сгустке были неподвижны относительно друг друга, они бы и не сталкивались. Но, в результате их осцилляции в ускоряющем электрическом поле, с ростом скорости движения и длины пути таких ионов внутри ускоряемого сгустка увеличивается вероятность их взаимных столкновений.It is known that a cluster ion beam falling into resonator 1, FIG. 1, during acceleration in a high-frequency electric field, E (HF field) decays into individual clumps 2, consisting of many cluster ions, the repetition rate of which coincides with the frequency of the accelerating HF field (IM Kapchinsky. Theory of linear resonant accelerators. M .: Energoizdat, 1982). Cluster ions, being unstable formations, are easily destroyed during acceleration due to mutual collisions (EV Mayorov, VV Okorokov. On cluster acceleration in a linear resonant accelerator for the purpose of controlled thermonuclear fusion. Estimation of losses during acceleration. Instruments and Technique of the Experiment. No. 5. 2000, p. 5-8). In the same work, it was shown that the collision frequency of cluster ions is affected by both their density in accelerated bunches and the length of the drift path that cluster ions travel during acceleration, oscillating inside the accelerated bunch as a result of the effect of small longitudinal vibrations. Ions accelerated in linear resonant accelerators move along complex trajectories, experiencing a large number of small longitudinal vibrations relative to the equilibrium phase of the accelerating voltage, leading to an increase in the length of their motion paths (I.M. Kapchinsky. Theory of linear resonant accelerators. M .: Energoizdat. 1982, p. . 28-42). If the ions in the accelerated bunch were motionless relative to each other, they would not collide. But, as a result of their oscillations in an accelerating electric field, with an increase in the speed of motion and the path length of such ions inside the accelerated bunch, the probability of their mutual collisions increases.
В предлагаемом изобретении для достижения поставленной цели реализован ряд физических принципов, а именно.In the present invention, to achieve this goal, a number of physical principles are implemented, namely.
1. Для уменьшения длины пути проходимого кластерным ионом в процессе ускорения до требуемой энергии, применен известный способ ускорения с асимметричной фазопеременной фокусировкой, позволяющий за счет высокого темпа ускорения уменьшать время, необходимое для набора ионом заданной энергии и длину ускорителя.1. To reduce the path length traveled by the cluster ion during acceleration to the required energy, the known method of acceleration with asymmetric phase-variable focusing is used, which allows, due to the high acceleration rate, to reduce the time required for the ion to gain the specified energy and the length of the accelerator.
2. Для уменьшения плотности кластерных ионов в ускоряемом пучке использован способ одновременного ускорения многих пучков ионов в многоапертурной ускоряющей структуре. В таких ускорителях пучок заряженных частиц на входе ВЧ-структуры разбит на множество отдельных пучков малого сечения малой плотности и одновременно ускоряется по многим каналам, сохраняя требуемую величину суммарного тока ионов (Б.П. Мурин, Б.И. Бондарев, В.В. Кушин и др. Линейные ускорители ионов. М.: Атомиздат. 1978 г., с. 206-209).2. To reduce the density of cluster ions in an accelerated beam, the method of simultaneous acceleration of many ion beams in a multi-aperture accelerating structure was used. In such accelerators, the charged particle beam at the input of the RF structure is divided into many separate beams of small cross section of low density and is simultaneously accelerated through many channels, preserving the required value of the total ion current (B.P. Murin, B.I. Bondarev, V.V. Kushin et al. Linear Ion Accelerators (Moscow: Atomizdat. 1978, p. 206-209).
3. Широко известно, при помещении проводника во внешнее электрическое поле его свободные заряды (электроны), перемещаясь в этом поле, распределяются по поверхности проводника и стекают на землю в точке заземления проводника. Поскольку трубки дрейфа обладают электрическим сопротивлением, величина электрического потенциала на их торцевых поверхностях, удаленных от точки их заземления, будет отличаться в большую сторону от электрического потенциала поверхностей, расположенных вблизи точки заземления. Т.о. по трубкам дрейфа в переменном высокочастотном электрическом поле, обладающим электрическим сопротивлением, будут протекать токи, создающие дополнительный прирост электрического напряжения между апертурами, удаленными от точки заземления относительно апертур - вблизи этой точки. Если расстояния в ускоряющем зазоре (как имеет место в прототипе) между всеми соосными апертурами трубок дрейфа неизменны (d1=d2, фиг. 1), то величина напряженности Е электрического поля между соосными апертурами, удаленными от точки заземления трубок дрейфа, будет больше, чем между соосными апертурами вблизи точек заземления, отличаясь пропорционально разности электрических потенциалов между соответствующими апертурами на поверхностях трубок дрейфа. При такой конструкции трубок дрейфа ВЧ-структуры в ее ускоряющих зазорах возникают различные по величине ускоряющие электрические напряжения между соосными апертурами, в зависимости от их геометрического расположения, приводящие к формированию поперечного электрического поля. Наличие такого поля вызывает негативные эффекты, способствующие уменьшению величины интенсивности кластерных ионов в ускоряемом пучке, а именно. В ускоряющих промежутках между трубками дрейфа 4, фиг. 1, возникает поперечное смещение ускоряемых кластерных сгустков 2 от расчетной траектории их продольного движения, и часть кластерных ионов адсорбируется на стенках трубок дрейфа. На практике, такое смещение невелико и при ускорении пучков через апертуры большого сечения данными потерями можно пренебречь. Но при использовании принципа одновременного многопучкового ускорения через апертуры малого сечения подобные потери будут существенны.3. It is widely known that when a conductor is placed in an external electric field, its free charges (electrons), moving in this field, are distributed over the surface of the conductor and flow to the ground at the grounding point of the conductor. Since drift tubes have electrical resistance, the magnitude of the electric potential at their end surfaces remote from their ground point will differ to a greater extent from the electric potential of surfaces located near the ground point. T.O. Currents will flow through the drift tubes in an alternating high-frequency electric field with electrical resistance, creating an additional increase in electrical voltage between apertures that are far from the ground point relative to the apertures - near this point. If the distances in the accelerating gap (as takes place in the prototype) between all coaxial apertures of the drift tubes are unchanged (d 1 = d 2 , Fig. 1), then the electric field strength E between the coaxial apertures remote from the grounding point of the drift tubes will be greater than between coaxial apertures near grounding points, differing in proportion to the difference in electrical potentials between the corresponding apertures on the surfaces of the drift tubes. With this design of drift tubes of the HF structure, accelerating gaps of different magnitude between the coaxial apertures arise in its accelerating gaps, depending on their geometric arrangement, leading to the formation of a transverse electric field. The presence of such a field causes negative effects that contribute to a decrease in the intensity of cluster ions in the accelerated beam, namely. In the accelerating gaps between the drift tubes 4, FIG. 1, a transverse displacement of the accelerated cluster bunches 2 from the calculated trajectory of their longitudinal motion occurs, and some of the cluster ions are adsorbed on the walls of the drift tubes. In practice, such a shift is small and, when the beams are accelerated through apertures of a large cross section, these losses can be neglected. But when using the principle of simultaneous multi-beam acceleration through apertures of small cross section, such losses will be significant.
Выше было показано, на вероятность столкновений кластеров в ускоряемом сгустке влияют подвижность кластерных ионов и длина пути, проходимого ими внутри ускоряемого сгустка. В результате действия на кластерные ионы в ускоряемом сгустке дополнительных электрических сил, обусловленных наличием поперечного электрического поля в ускоряющем зазоре, увеличивается суммарная скорость движения и длина пути, проходимого кластерными ионами внутри ускоряемого сгустка. Тем самым, увеличивается вероятность их разрушения при взаимных столкновениях, уменьшая интенсивность ускоренных кластерных ионов в пучке на выходе ускорителя.It was shown above that the probability of cluster collisions in an accelerated bunch is affected by the mobility of cluster ions and the length of the path that they travel inside the accelerated bunch. As a result of the action on cluster ions in an accelerated bunch of additional electric forces due to the presence of a transverse electric field in the accelerating gap, the total speed and path length traveled by cluster ions inside the accelerated bunch increase. Thus, the probability of their destruction during mutual collisions increases, decreasing the intensity of accelerated cluster ions in the beam at the output of the accelerator.
Для устранения перечисленных выше причин, приводящих к возникновению поперечного электрического поля в ускоряющих промежутках, в настоящем изобретении предлагается выполнять торцевые поверхности трубок дрейфа не плоскими, а профилированными. Причем профиль поверхностей должен быть таким, чтобы, с учетом возникающего перепада электрического напряжения между различными точками поверхностей трубок дрейфа, величина напряженности электрического поля в ускоряющих зазорах между всеми соосными апертурами была постоянной. To eliminate the above reasons leading to the appearance of a transverse electric field in accelerating gaps, the present invention proposes to make the end surfaces of the drift tubes not profiled, but profiled. Moreover, the surface profile should be such that, taking into account the resulting voltage drop between various points on the surfaces of the drift tubes, the electric field strength in the accelerating gaps between all coaxial apertures is constant.
На фиг. 1 показан вид предлагаемых в изобретении трубок дрейфа 2. Известно, что величина напряженности электрического поля в ускоряющем зазоре пропорциональна величине электрического напряжения на зазоре и обратно пропорциональна длине этого зазора. Поскольку величина электрического напряжения на поверхностях трубок дрейфа 4, фиг. 1, в ускоряющем зазоре между соосными апертурами, расположенными вблизи соединения этих трубок дрейфа с заземленной токоведущей шиной 5, будет меньше, чем между соосными апертурами на верхних концах данных трубок дрейфа. Для выравнивания напряженности электрического поля между этими апертурами необходимо, чтобы величина зазора d1, фиг. 1, была больше величины зазора d2 между соосными апертурами, изображенными на данной фигуре настолько, чтобы компенсировать возникающий перепад электрического напряжения, возникающий между верхними и нижними апертурами трубок дрейфа. Величину данных зазоров несложно рассчитать с помощью известного в электротехнике закона Ома, зная удельное сопротивление материала трубок дрейфа и измерив величину протекающего по ним импульсного тока. На фиг. 1 видно, для выравнивания величины напряженности ускоряющего электрического поля между различными группами соосных апертур в предлагаемом изобретении торцевые поверхности трубок дрейфа скошены в сторону апертур, удаленных от точек заземления этих трубок дрейфа. В удаленных от точки заземления областях трубки дрейфа имеют меньшую толщину тела.In FIG. 1 shows a view of drift tubes 2 according to the invention. It is known that the electric field strength in the accelerating gap is proportional to the electric voltage across the gap and inversely proportional to the length of this gap. Since the magnitude of the electric voltage on the surfaces of the drift tubes 4, FIG. 1, in the accelerating gap between the coaxial apertures located near the junction of these drift tubes with a grounded current-carrying bus 5, it will be smaller than between the coaxial apertures at the upper ends of these drift tubes. To equalize the electric field between these apertures, it is necessary that the gap value d 1 , FIG. 1, there was a larger gap d 2 between the coaxial apertures depicted in this figure so as to compensate for the resulting voltage drop arising between the upper and lower apertures of the drift tubes. The magnitude of these gaps can be easily calculated using Ohm's law well-known in electrical engineering, knowing the specific resistance of the material of the drift tubes and measuring the magnitude of the pulse current flowing through them. In FIG. Figure 1 shows that in order to equalize the magnitude of the intensity of the accelerating electric field between different groups of coaxial apertures in the present invention, the end surfaces of the drift tubes are beveled toward the apertures remote from the ground points of these drift tubes. In areas remote from the grounding point, the drift tubes have a smaller body thickness.
В результате выполнения профиля плоских поверхностей трубок дрейфа предложенным способом, позволяющим уменьшать величину поперечного электрического поля в ускоряющих зазорах. Применения трубок дрейфа с большим количеством апертур, позволяющих уменьшать пространственную плотность кластерных ионов в ускоряемом ансамбле заряженных частиц. Применения способа ускорения, реализующего высокий темп ускорения. Уменьшаются потери кластерных ионов в процессе их ускорения, что способствует увеличению интенсивности ускоренного пучка кластерных ионов на выходе предложенной высокочастотной структуры для ускорения кластерных ионов.As a result of the profile of the flat surfaces of the drift tubes by the proposed method, which allows to reduce the magnitude of the transverse electric field in the accelerating gaps. Applications of drift tubes with a large number of apertures, which make it possible to reduce the spatial density of cluster ions in an accelerated ensemble of charged particles. Application of the acceleration method realizing a high acceleration rate. The losses of cluster ions during their acceleration are reduced, which contributes to an increase in the intensity of an accelerated beam of cluster ions at the output of the proposed high-frequency structure to accelerate cluster ions.
Конструкция предложенной высокочастотной структуры для ускорения кластерных ионов позволяет обеспечить захват в режим ускорения широкопрофильных пучков, что способствует увеличению интенсивности кластерных ионов в ускоренном пучке на ее выходе, она отличается простотой изготовления и дешевизной.The design of the proposed high-frequency structure for accelerating cluster ions makes it possible to capture wide-profile beams in the acceleration mode, which contributes to an increase in the intensity of cluster ions in an accelerated beam at its output; it is notable for its simplicity of manufacture and low cost.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014116028/07A RU2560108C1 (en) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | High-frequency structure for accelerating cluster ions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014116028/07A RU2560108C1 (en) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | High-frequency structure for accelerating cluster ions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2560108C1 true RU2560108C1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53880530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014116028/07A RU2560108C1 (en) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | High-frequency structure for accelerating cluster ions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2560108C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728513C1 (en) * | 2020-02-12 | 2020-07-30 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Device for cluster ion ionisation |
| RU207660U1 (en) * | 2021-07-01 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | MULTIAPERTURE MATCHING CHANNEL WITH RADIAL COMPRESSION OF ION BEAMS |
| RU2760276C1 (en) * | 2021-05-25 | 2021-11-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Method for increasing the cluster ion beam current |
| RU208650U1 (en) * | 2021-07-01 | 2021-12-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | MULTI-APERTURE CLUSTER ION ACCELERATOR |
| RU2764147C1 (en) * | 2021-05-25 | 2022-01-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Injector for cluster ion accelerator |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4150340A (en) * | 1978-03-22 | 1979-04-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | High-power microwaves from a non-isochronous reflecting electron system (NIRES) |
| US4748378A (en) * | 1986-03-31 | 1988-05-31 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Ionized channel generation of an intense-relativistic electron beam |
| RU2163043C2 (en) * | 1998-07-16 | 2001-02-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр-Всероссийский Научно-исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Microwave oscillator |
| RU2166813C1 (en) * | 2000-02-08 | 2001-05-10 | НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете | Method and device for producing microwave radiation in relativistic magnetron |
-
2014
- 2014-04-21 RU RU2014116028/07A patent/RU2560108C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4150340A (en) * | 1978-03-22 | 1979-04-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | High-power microwaves from a non-isochronous reflecting electron system (NIRES) |
| US4748378A (en) * | 1986-03-31 | 1988-05-31 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Ionized channel generation of an intense-relativistic electron beam |
| RU2163043C2 (en) * | 1998-07-16 | 2001-02-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр-Всероссийский Научно-исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Microwave oscillator |
| RU2166813C1 (en) * | 2000-02-08 | 2001-05-10 | НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете | Method and device for producing microwave radiation in relativistic magnetron |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ganelin. V. Kushin. N Nesterov et all. Multichannel Alternating Phase Focusing Structure for Light Ion Resonant Linac. 5th Europen Partical Accelerator Conference. Barselona. 1996. Abstracts, p. 157. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728513C1 (en) * | 2020-02-12 | 2020-07-30 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Device for cluster ion ionisation |
| RU2760276C1 (en) * | 2021-05-25 | 2021-11-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Method for increasing the cluster ion beam current |
| RU2764147C1 (en) * | 2021-05-25 | 2022-01-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Injector for cluster ion accelerator |
| RU207660U1 (en) * | 2021-07-01 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | MULTIAPERTURE MATCHING CHANNEL WITH RADIAL COMPRESSION OF ION BEAMS |
| RU208650U1 (en) * | 2021-07-01 | 2021-12-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | MULTI-APERTURE CLUSTER ION ACCELERATOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2560108C1 (en) | High-frequency structure for accelerating cluster ions | |
| US3571642A (en) | Method and apparatus for interleaved charged particle acceleration | |
| US7609009B2 (en) | Linear ion accelerator | |
| Schmidt et al. | Fully kinetic simulations of dense plasma focus Z-pinch devices | |
| RU2687963C2 (en) | Modification of ions | |
| US11662333B2 (en) | Systems and methods for two-dimensional mobility based filtering of ions | |
| JP2016031849A5 (en) | ||
| US10192727B2 (en) | Electrodynamic mass analysis | |
| WO2016135877A1 (en) | Injector system for cyclotron and operation method for drift tube linear accelerator | |
| Rose et al. | Computational analysis of current-loss mechanisms in a post-hole convolute driven by magnetically insulated transmission lines | |
| An et al. | Strategies for mitigating the ionization-induced beam head erosion problem in an electron-beam-driven plasma wakefield accelerator | |
| Scharrer et al. | Measurements of charge state distributions of 0.74 and 1.4 MeV/u heavy ions passing through dilute gases | |
| Pushkarev et al. | Intense ion beam generation in a diode with explosive emission cathode in self-magnetically insulated mode | |
| Adachi et al. | Electrostatic injection kicker for the KEK digital accelerator | |
| WO2018193637A1 (en) | Ion guide device with dc field and associated methods | |
| KR20160049425A (en) | RF electron gun, linear Accelerator system and method for emitting pulse electron-beam | |
| US2880353A (en) | Particle accelerator | |
| Antipov et al. | Simulation of the motion of charged particles in an ablative pulsed plasma thruster at the initial stage of the discharge | |
| RU2567741C1 (en) | Septate waveguide with focusing magnetic field | |
| Gulbekian et al. | Proposed design of axial injection system for the DC-280 cyclotron | |
| US3234427A (en) | Electron pulsing device | |
| Anders et al. | Reducing ion-beam noise of vacuum arc ion sources | |
| CA2836816C (en) | Particle accelerator and method of reducing beam divergence in the particle accelerator | |
| RU207660U1 (en) | MULTIAPERTURE MATCHING CHANNEL WITH RADIAL COMPRESSION OF ION BEAMS | |
| RU2546960C2 (en) | Method of conducting controlled nuclear fusion reaction and apparatus therefor |