RU2714505C1 - Induction synchrotron magnetic system with magnetic field constant in time - Google Patents
Induction synchrotron magnetic system with magnetic field constant in time Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714505C1 RU2714505C1 RU2019106735A RU2019106735A RU2714505C1 RU 2714505 C1 RU2714505 C1 RU 2714505C1 RU 2019106735 A RU2019106735 A RU 2019106735A RU 2019106735 A RU2019106735 A RU 2019106735A RU 2714505 C1 RU2714505 C1 RU 2714505C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- lenses
- induction
- dipoles
- magnetic field
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H15/00—Methods or devices for acceleration of charged particles not otherwise provided for, e.g. wakefield accelerators
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке циклических ускорителей с практически постоянным радиусом орбиты.The invention relates to accelerator technology and can be used in the development of cyclic accelerators with a practically constant radius of the orbit.
Уровень техникиState of the art
Известна магнитная система ускорителя, состоящая из набора магнитных диполей и фокусирующих линз, которые расположены на дугообразных участках корпуса ускорителя и соединены с генераторами питания обмоток диполей и линз. Для удержания радиуса- орбиты частиц постоянным, магнитное поле, создаваемое генераторами питания обмоток диполей, должно быть нарастающим во времени, а рабочая частота высокочастотных ускоряющих резонаторов переменной. (См. например Д.Ж. Ливингуд «Принципы работы циклических ускорителей» // Издательство иностранной литературы, Москва 1963). Поскольку диапазон перестройки резонансных частот резонатора ограничен, то ограничен и диапазон ускоряемых энергий частиц. Это обстоятельство вынуждает использовать дополнительно бустеры и пред-ускорители энергии.Known magnetic system of the accelerator, consisting of a set of magnetic dipoles and focusing lenses, which are located on the arcuate sections of the housing of the accelerator and are connected to the power generators of the windings of dipoles and lenses. To keep the radius of the particle’s orbit constant, the magnetic field created by the power generators of the dipole windings must be increasing in time, and the working frequency of the high-frequency accelerating resonators is variable. (See, for example, D.J. Livingood, "Principles of Operation of Cyclic Accelerators" // Publishing House of Foreign Literature, Moscow 1963). Since the tuning range of the resonant frequencies of the resonator is limited, the range of accelerated particle energies is also limited. This circumstance forces the use of additional boosters and pre-accelerators of energy.
Магнитная система ускорителей, содержащих диполи с постоянным во времени магнитным полем, которые, работая в режиме отражения частиц, отклоняют траекторию частиц на заданный угол, независящий от энергии частиц, формируют замкнутые орбиты с радиусом, который, также, практически не зависит от энергии частиц. Вопрос большого диапазона ускоряемых энергий и связанный с этим большой диапазон частоты повторения циклов решается изменением частоты повторения циклов индукционных ускоряющих импульсов. (Долбилов Г.В. «Индукционный синхротрон с постоянным магнитным полем» // Патент РФ №2608365, и Долбилов Г.В. «Способ синхротронного ускорения заряженных частиц в постоянном магнитном поле» // Патент РФ №2618626).The magnetic system of accelerators containing dipoles with a time-constant magnetic field, which, when operating in the particle reflection mode, deflect the particle trajectory by a predetermined angle independent of the particle energy, form closed orbits with a radius that also practically does not depend on the particle energy. The issue of a large range of accelerated energies and the associated large range of cycle repetition rate is solved by changing the cycle frequency of induction accelerating pulses. (Dolbilov G.V. “Induction synchrotron with a constant magnetic field” // RF Patent No. 2608365, and Dolbilov GV “Method for the synchrotron acceleration of charged particles in a constant magnetic field” // RF Patent No. 2618626).
В качестве прототипа выбираем магнитную систему ускорителя с постоянным во времени магнитным полем и практически постоянным радиусом орбиты (Долбилов Г.В. «Индукционный синхротрон с постоянным магнитным полем» // Патент РФ №2608365).As a prototype, we choose the accelerator magnetic system with a constant magnetic field in time and an almost constant radius of the orbit (G. Dolbilov, “Induction synchrotron with a constant magnetic field” // RF Patent No. 2608365).
Однако такая магнитная система имеет ограничения величины нижнего порога энергии частиц, а также, процессы наладки и запуска ускорителя усложнены.However, such a magnetic system has limitations on the magnitude of the lower threshold of particle energy, and the setup and start-up processes of the accelerator are complicated.
Раскрытие изобретенияDisclosure of Invention
Изобретение решает задачу расширить рабочий диапазон ускоряемых энергий и, кроме того, упрощает процессы наладки и запуска ускорителя.The invention solves the problem of expanding the working range of accelerated energies and, in addition, simplifies the process of setting up and starting the accelerator.
Поставленная цель достигается тем, что магнитная система индукционного синхротрона, состоящая из набора магнитных диполей и фокусирующих линз, которые расположены на дугообразных участках корпуса ускорителя и соединенны с генераторами питания через обмотки диполей и линз, а каждый диполь содержит две составляющие с прямой и обратной полярностью магнитного поля, а каждая фокусирующая линза содержит две разно-полярные линзы с плоскими магнитными полюсами.This goal is achieved by the fact that the magnetic system of the induction synchrotron, consisting of a set of magnetic dipoles and focusing lenses, which are located on the arcuate sections of the accelerator body and are connected to power generators through the windings of dipoles and lenses, and each dipole contains two components with direct and reverse polarity of the magnetic fields, and each focusing lens contains two different-polar lenses with flat magnetic poles.
Отличительными признаками изобретения является следующее: каждый диполь содержит две составляющие с прямой и обратной полярностью магнитного поля, а каждая фокусирующая линза содержит две разно-полярные линзы с плоскими магнитными полюсами.The distinguishing features of the invention are the following: each dipole contains two components with direct and reverse polarity of the magnetic field, and each focusing lens contains two different polar lenses with flat magnetic poles.
Совокупность выше указанных признаков позволяет решить задачу расширения рабочего диапазона ускоряемых энергий путем снятия ограничений на нижний порог энергий ускоряемых частиц и, кроме того, упростить процессы наладки и запуска ускорителя.The combination of the above characteristics allows us to solve the problem of expanding the working range of accelerated energies by removing restrictions on the lower threshold of energies of accelerated particles and, in addition, to simplify the process of setting up and starting the accelerator.
Перечень иллюстрацийList of illustrations
Фиг. 1 (приложение) Схема ускорителя;FIG. 1 (Appendix) Accelerator circuit;
Фиг. 2 (приложение) Поперечное сечение биполярных магнитных диполей индукционного синхротрона;FIG. 2 (Appendix) Cross-section of bipolar magnetic dipoles of an induction synchrotron;
Фиг. 3 (приложение) Схема расположения биполярных диполей и фокусирующих линз вдоль условно спрямленной траектории частиц.FIG. 3 (Appendix) Arrangement of bipolar dipoles and focusing lenses along a conditionally rectified path particles.
Описание иллюстрацийDescription of illustrations
На Фиг. 1 (приложение) приведена схема индукционного синхротрона с биполярной магнитной системой с постоянной во времени величиной магнитного поля, где:In FIG. 1 (Appendix) shows a diagram of an induction synchrotron with a bipolar magnetic system with a constant magnetic field in time, where:
(1) - дугообразные участки ускорителя;(1) - arcuate sections of the accelerator;
(2) - индукционная ускоряющая система;(2) - induction accelerating system;
(3) - прямолинейные участки ускорителя;(3) - straight sections of the accelerator;
(4) - инжекционная система;(4) - injection system;
(5, 6, и 7) - системы вывода пучка.(5, 6, and 7) are beam extraction systems.
На Фиг. 2 (приложение) приведена схема поперечного сечения биполярной магнитной системы, которая расположена в дугообразных участках ускорителя, где:In FIG. 2 (Appendix) shows a cross-sectional diagram of a bipolar magnetic system, which is located in the arcuate sections of the accelerator, where:
(8) - магнитные полюса основного диполя с прямой полярностью поля;(8) - magnetic poles of the main dipole with direct field polarity;
(9) - магнитные полюса дополнительного диполя с обратной полярностью поля;(9) - magnetic poles of an additional dipole with reverse field polarity;
(10) - пучок, инжектированный на орбиту радиуса R0,(10) - a beam injected into an orbit of radius R 0 ,
(11) - ускоренный пучок на орбите радиуса R=R0+ΔR (AR/R0 << 1).(11) - accelerated beam in an orbit of radius R = R 0 + ΔR (AR / R 0 << 1).
На Фиг. 3 (приложение) приведена схема расположения биполярных диполей и фокусирующих линз вдоль условно спрямленной траектории частиц, где:In FIG. Figure 3 (Appendix) shows the arrangement of bipolar dipoles and focusing lenses along a conditionally rectified path particles, where:
(12) - диполи с прямой полярностью магнитного поля;(12) - dipoles with direct polarity of the magnetic field;
(13) - диполи с обратной полярностью магнитного поля;(13) - dipoles with reverse polarity of the magnetic field;
(14) - фокусирующие линзы с плоскими магнитными полюсами;(14) - focusing lenses with flat magnetic poles;
(α) - угол границы раздела разно-полярных магнитных диполей.(α) is the angle of the interface of different polar magnetic dipoles.
(S) - расстояние между фокусирующей и дефокусирущей линзами (14)(S) - the distance between the focusing and defocusing lenses (14)
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Частицы инжектируются на орбиту радиуса R0 (Фиг. 2). На этой орбите суммарное магнитное поле разно-полярных диполей равно нулю. Поэтому частицы, инжектированные на эту орбиту, могут, отражаясь от полей разно-полярных диполей, двигаться по этой орбите со сколь угодно малой скоростью. Согласно специфике циклических ускорителей, при увеличении скорости частиц при ускорении появляется дополнительная, центробежная сила, действующая на частицы равная Fц=Mν2/R, (где М, ν u R - масса, скорость и радиус орбиты). Действие этой силы эквивалентно действию магнитного поля величиной Вц=Mν/qR (где q - заряд частицы). В результате действия этой центробежной силы (эквивалентного ей магнитного поля) равновесная орбита, где суммарное действие всех сил равно нулю, смещается все в более и более сильные поля основного диполя. Радиус равновесной орбиты растет в соответствии с равенством R=P/qB, (Р - импульс частиц), пока не будут выведены из ускорителя.Particles are injected into an orbit of radius R 0 (Fig. 2). In this orbit, the total magnetic field of different polar dipoles is zero. Therefore, particles injected into this orbit can, reflected from the fields of different polar dipoles, move in this orbit at an arbitrarily low speed. According to the specifics of cyclic accelerators, with increasing particle velocity during acceleration, an additional, centrifugal force appears, acting on the particles equal to F c = Mν 2 / R, (where M, ν u R is the mass, speed and radius of the orbit). The action of this force is equivalent to the action of a magnetic field of the quantity B c = Mν / qR (where q is the particle charge). As a result of the action of this centrifugal force (the equivalent magnetic field), the equilibrium orbit, where the total effect of all forces is zero, shifts more and more to the stronger fields of the main dipole. The radius of the equilibrium orbit grows in accordance with the equality R = P / qB, (P is the momentum of the particles) until they are removed from the accelerator.
Малые колебания частиц относительно равновесной орбиты устойчивы в радиальной y -плоскости (Фиг. 2). Длина волны колебаний частицы λ равна Small particle vibrations with respect to the equilibrium orbit are stable in the radial y-plane (Fig. 2). The particle wavelength λ is
где: q и P - заряд и импульс частицы, В0 - величина индукции поля диполей, η - коэффициент (м-1), величина которого зависит от конкретной геометрии диполей.where: q and P are the charge and momentum of the particle, B 0 is the magnitude of the induction of the dipole field, η is the coefficient (m -1 ), the value of which depends on the specific geometry of the dipoles.
Неустойчивость колебаний в z - плоскости подавляется жесткофокусирующей системой (см. Фиг. 3), которая содержит линзы (3) (Долбилов Г.В. «Способ фокусировки пучков заряженных частиц» // Патент РФ №2633770,). Фокусное расстояние таких линз равноThe instability of oscillations in the z - plane is suppressed by a rigid focusing system (see Fig. 3), which contains lenses (3) (G. Dolbilov, “Method for focusing charged particle beams” // RF Patent No. 2633770,). The focal length of such lenses is
Знак ± означает фокусирующее или дефокусирующее действие линзы. Р и В0 - импульс частиц и индукция магнитного поля линз, α - угол наклона границы раздела разно-полярных диполей линз. Колебания частиц как в у так и в z - плоскостях всегда устойчивы еслиThe ± sign indicates the focusing or defocusing action of the lens. P and B 0 are the momentum of the particles and the induction of the magnetic field of the lenses, α is the angle of inclination of the interface of different polar dipoles of the lenses. Oscillations of particles in both y and z - planes are always stable if
где: S - расстояние между фокусирующей и дефокусирущей линзами (14),where: S is the distance between the focusing and defocusing lenses (14),
α - угол наклона границы разно-полярных плоских диполей линз (3).α is the angle of inclination of the boundary of different-polar flat lens dipoles (3).
Пример конкретного примененияCase Study
Основной и дополнительный диполи биполярной магнитной системы индукционного синхротрона представляют собой электромагниты или постоянные магниты. Источник питания обмоток электромагнитов представляет собой генератор постоянного тока.The main and additional dipoles of the bipolar magnetic system of the induction synchrotron are electromagnets or permanent magnets. The power source of the electromagnet windings is a direct current generator.
Рабочие поверхности магнитных полюсов основного и дополнительного диполей биполярной магнитной системы ускорителя могут, например, представлять собой совокупность плоских и цилиндрических поверхностей (как это изображено на Фиг. 2) или быть гиперболическими (как у квадрупольных линз).The working surfaces of the magnetic poles of the main and additional dipoles of the bipolar magnetic system of the accelerator can, for example, be a combination of flat and cylindrical surfaces (as shown in Fig. 2) or be hyperbolic (like quadrupole lenses).
Жесткофокусирующие линзы (14) магнитной системы (Фиг. 3) содержат плоские дипольные электромагниты, которые подключены к источникам постоянного тока. Каждая из линз содержит два разно-полярных диполя, граница раздела которых наклонена к оси на угол α (Фиг. 3). Величина этого угла влияет на жесткость фокусировки/дефокусировки. Фокусирующее или дефокусирующее действие линз зависит от полярности магнитного поля, а также и от направления наклона границы раздела разно-полярных диполей (Фиг. 3).The hard-focusing lenses (14) of the magnetic system (Fig. 3) contain flat dipole electromagnets that are connected to direct current sources. Each of the lenses contains two different-polar dipoles, the interface of which is inclined to the axis by an angle α (Fig. 3). The magnitude of this angle affects the stiffness of the focus / defocus. The focusing or defocusing effect of the lenses depends on the polarity of the magnetic field, as well as on the direction of inclination of the interface of different polar dipoles (Fig. 3).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106735A RU2714505C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Induction synchrotron magnetic system with magnetic field constant in time |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106735A RU2714505C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Induction synchrotron magnetic system with magnetic field constant in time |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2714505C1 true RU2714505C1 (en) | 2020-02-18 |
Family
ID=69626038
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019106735A RU2714505C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Induction synchrotron magnetic system with magnetic field constant in time |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2714505C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4992746A (en) * | 1988-04-26 | 1991-02-12 | Acctek Associates | Apparatus for acceleration and application of negative ions and electrons |
SU1040966A1 (en) * | 1981-12-10 | 1996-04-10 | И.Г. Артюх | Multi-beam electronic microwave device |
RU2474984C1 (en) * | 2011-10-24 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Plasma accelerator with closed electron drift |
RU2608365C1 (en) * | 2015-08-11 | 2017-01-18 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Induction synchrotron accelerator with constant magnetic field |
RU2633770C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-10-18 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method for focusing beams of charged particles |
US20180025792A1 (en) * | 2009-02-12 | 2018-01-25 | Msnw, Llc | Method and apparatus for the generation, heating and/or compression of plasmoids and/or recovery of energy therefrom |
RU2647497C1 (en) * | 2016-06-15 | 2018-03-16 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method of multi-turn injection of charged particles into cyclic accelerator |
-
2019
- 2019-03-11 RU RU2019106735A patent/RU2714505C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1040966A1 (en) * | 1981-12-10 | 1996-04-10 | И.Г. Артюх | Multi-beam electronic microwave device |
US4992746A (en) * | 1988-04-26 | 1991-02-12 | Acctek Associates | Apparatus for acceleration and application of negative ions and electrons |
US20180025792A1 (en) * | 2009-02-12 | 2018-01-25 | Msnw, Llc | Method and apparatus for the generation, heating and/or compression of plasmoids and/or recovery of energy therefrom |
RU2474984C1 (en) * | 2011-10-24 | 2013-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Plasma accelerator with closed electron drift |
RU2608365C1 (en) * | 2015-08-11 | 2017-01-18 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Induction synchrotron accelerator with constant magnetic field |
RU2633770C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-10-18 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method for focusing beams of charged particles |
RU2647497C1 (en) * | 2016-06-15 | 2018-03-16 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Method of multi-turn injection of charged particles into cyclic accelerator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4570103A (en) | Particle beam accelerators | |
US5017882A (en) | Proton source | |
JPH11513528A (en) | Method for extracting charged particles from isochronous cyclotron and apparatus applying this method | |
Lopez et al. | Cathode effects on a relativistic magnetron driven by a microsecond e-beam accelerator | |
RU2714505C1 (en) | Induction synchrotron magnetic system with magnetic field constant in time | |
RU2477936C2 (en) | Cyclic charged particle accelerator | |
RU2608365C1 (en) | Induction synchrotron accelerator with constant magnetic field | |
Dolbilov | Induction synchrotron with a constant magnetic field | |
RU2714507C1 (en) | Method of forming equilibrium trajectories of particles in a cyclic accelerator with a constant radius of an orbit | |
RU2451435C1 (en) | Method for cyclic acceleration of charged particles | |
SU747394A1 (en) | Device for phase-grouping of accelerated charged particle beam | |
SU1237056A1 (en) | Method of withdrawing particles from isotron cyclotron | |
Crittenden Jr et al. | Methods for betatron or synchrotron beam removal | |
RU2740207C1 (en) | Radioactive isotope source of alternating current | |
SU1764192A1 (en) | Removal device for betatron accelerated electron beam | |
RU2641658C2 (en) | Method for slow beam output of charged particles | |
RU2212121C2 (en) | Method and device for accelerating and focusing charged particles by constant field | |
RU2012169C1 (en) | Method of injecting particles beam into accumulation ring | |
Dolbilov | Broadband cyclic accelerator with a constant magnetic field and radius of equilibrium orbit | |
SU344802A1 (en) | Method of cyclic acceleration of charged particles | |
RU2092982C1 (en) | Method for producing fast plasma currents | |
Swenson | Extensions to the RFQ Domain | |
Sheinman et al. | Wakefield Undulator Based on a Sinusoidal Dielectric Waveguide | |
JP4002977B2 (en) | FFAG accelerator | |
SU313319A1 (en) | LINEAR ION ACCELERATOR |