SU1042598A1

SU1042598A1 - Resonant accelerating system

Info

Publication number: SU1042598A1
Application number: SU813323405A
Authority: SU
Inventors: А.И. Дзергач; В.В. Кузьмин
Original assignee: Предприятие П/Я А-7094
Priority date: 1981-07-30
Filing date: 1981-07-30
Publication date: 1986-08-23

Abstract

1. РЕЗОНАНСНАЯ УСКОРЯЮЩАЯ СИСТЕМА, содержаща открытый резонатору выполк гнный в виде двух соосно раЕположенвых отражателей, которые .изолированы друг от друга и имеют форму усеченных конусов, обращённых друг к другу большими основани ми, д также подключенную к отражател м систему СВЧ-питани , содержащую два генератора с различными рабочими частотами, о тли ч а ю щ а с т€М, ч-Го, С целью повьппени темпа ускорейиЛ зар женных частиц, в устройство введены электромагнитные линзы с анизотропной проводимостью, которые вьтолнены в виде Тел вращени и расположены на обращенной к оси поверхности отражателей , при этом каадый из двух ге«€раторов выполнен с возможностью модул ции рабочей частоты.1. A RESONANT ACCELERATING SYSTEM containing an open resonator, designed in the form of two coaxially arranged reflectors, which are insulated from each other and have the shape of a truncated cone, facing each other with large bases, also connected to the reflectors, the microwave power system containing two generators with different operating frequencies, about a t of h a r a c t € M, h-Go, In order to keep up the acceleration rate of charged particles, electromagnetic lenses with anisotropic conductivity are introduced into the device, which are The rotation bodies are located on the surface of the reflectors facing the axis, while each of the two oscillators is designed to modulate the operating frequency.

Description

2.Система по п.1, о т л и ч а ющ а с тем, что электромагнитные ЛНН9Ы вьтолнены с переменным по их толщине показателем преломлени .2. The system according to claim 1, so that the electromagnetic LNN9Y are filled with a refractive index variable in their thickness.

3.Система по п.1, о т л и ч а ющ а с тем, что отражатели вьтолнены анизотропно-провод вщми, причем3. The system according to claim 1, that is, so that the reflectors are made of anisotropic wire,

проводимость их максимальна вдоль их образующих;their maximum conductivity along their generators;

4. Система по п.1, о т л и.ч а ющ а с тем, что в него введен дополнительный отражатель, который выполнен в виде тела вращени и расположен соосно с первыми двум внутри них и в центре промежутка между ними. 4. The system according to claim 1, of which there is an additional reflector, which is made in the form of a body of rotation and located coaxially with the first two inside them and in the center of the gap between them.

Изобретение относитс к ускоритель ной технике и может быть использовано дл коллективного ускорени ионов Известна ускор юща резонансна система, содержаща объемный резонатор и расположенные внутри него трубки дрейфа. В результате возбу адени сто чей волны в объемном резонаторе в зазорах между трубками дрейфа создаетс переменное во вреМени Злектрическое поЛе, которое ускор ет ионы Недостатком известной системы вл етс ограничение напр женности ускордющего пол , определ емое поверхностными влени ми пробо , что, в свою очередь, приводит к ограничению /величины темпа ускорени . Известна резонансна ускор юща система, содержаща открытый резонатор , выполненный в виде двух соосно расположенных отражателей, которые изолированы друг от друга и. имеют форму усеченных конусов, обращенных друг к другу болыцими основани ми, . а также подключенную к отражател м систему СВЧ-питани , содержащую два генератора с различными рабочими час тотами.. При работе известной системы в .от крыток резонаторе возбу сдаетс сто ча волна, имеюща большое число вариаций в плоскости, перпендикул рной оси отражателей. Это позвол ет созда вть в расположенной вблизи оси устрбйства области«взаимодействи с пуч ком Нар женных; частиц напр женность высокочастотного электромагнитного Пол j значительно превьппающую напр енность пол на поверхности отражателей , .что обеспечивает эффективно взаимодействие пол сто чей волны с эар жекными частицами. Недостатком известного устройства примеиит.ельно к ускорител м вл етс недостаточно высокий темп ускорени , несмотр HJa большой удерживаемый пространственный зар д частиц. Это обусловлено тем, что интенсивное высоко- частотное поле открытого резонатора непригодно Дл эффективного длительного ускорени зар женных частиц, так как создаваемые полем резонатора высокочастотные потенциальные мы (высокочастотные ловушки), в которых локализуютс сгустки зар дов. Движутс равномерно, а не ускоренно, что приводит к быстрой потере синхронизма пол и частиц при их ускорении. Цель изобретени - повышение темпа ускорени зар женных частиц. Поставленна цель достигаетс тем, что в резонансной ускор ющей системе, содержащей открытый резонатор, вьшолненный в )9иде двух соосно расположенных отражателей, которые изолированы друг от друга и имеют форму усеченных (Конусов, обращенных друг к другу большими основани ми, а также 1 одклю-ченную к отражател м систему СВЧ-п - тани , содержащую два генератора с .различными рабочими частотами, введены электромагнитные линзы с анизотропной проводимостью, которые выполнены в виде тел вращени и расположены на обращенной к оси поверхности отражателей при этом каждый из двух генераторов вьшолйен с возможностью модул ции рабочей частоты. Поставленна цель достигаетс также тем, что электромагнитные линзы выполнены с переменном по их толщине показателем преломлени . Поставленна цель достигаетс так-. fie тем, что отражатели вьтолчены ани|эотропно-проводй1Цими , причем проводи мость их максимальна вдоль их образу Поставленна цель достигаетс так же тем, что в систему введен дополни тельный отражат лА, который вьтолнен в виде тела вращени , и расположен с осно с первыми двум внутри них и в центре промежутка между ними. На фигИ изображена предлагаема система} на фиг,2 спектр частот и цикл модул ции частотно-модулированно го генератора СВЧ-электромагнитных волн. Система содержит инжектор 1, резонанс у систему в виде открытого резонатора с отражател ми 2, 3 и линзами 4, возбуждагогаую систему 5, соленоид 6, электроды 7 и источник 8 посто нного или квазистатического напр жени . Система работает следукэгдим образом Отражатели 2 и линзы 4 с осью вра щени Z образуют открытый резонатор. Основные параметры резонатора - ширина этих отражателей 2 и линз 4, равна 2 Ь, рассто ние R отражагелей 2 до оси вращени , их средний радиус и средн длина волны Я св заны соотношением R t b 5 Tig , которое обеспечива ет в центральной зоне резонатора на оси Z длиной и диаметром - ,/2 возникновение интенсивного пол с амплитудой Е E -i 27R/%7 Е , с одественно превышающей поле ЕП -к 0 Ъ/м у поверхности отражателей 2, 3., Ширина отражателей 2 и линз 4 соответству ет первой зоне Френел , Ь -« где L 3R - рассто ние меж,цу поверхност ми отражателей 2. Это обеспечива ет высокую добротность дл основных мод цилиндрического типа Е и подав ление высших поперечных мод. Анизотропи проводимости всех отражателей с преимущественной проводимостью по образукщим отражателей сделана дл подавлени волн типа ТЕ. Дл создани высокочастотных полей, которые на оси вращени в центральной зоне резонатора высокочастотные потенциальные мы, высокочастотные ловушки , движущиес с монотонным нарастанием скорости, например посто нньм ускорением, возбуждающа система 5, выполненна в виде двух част0тно-мо- 5 дулированных генераторов возбуждает в резонаторе множество цилиндрических волн типа Е, с разными частотами 1 4 : ; 98 всех гармоник волнои одинаковым дл вым числом По оси г.ВследствИ этого требуемые углы наклона к оси Z itApuff альных плоских волн различны: дл бо лее коротких вол углы больше. В 6ткрытьк |)езонаторах прототипа с обычными отражател ми этого услови добитьс невозможно, поэтому дл обеспй .чени нормального падени парциальных волн на поверхности отражателей 2 к поверхност м этих отражателей, обращенным к оси вращени , примыкают согласующие линзы 4 с показателем преломлени от личньм от единищл, JtaHSU могут быть как многослойными и состо ть из однородных слоев, так и однослойными с непрерывным измерением показател преломлени . Отражатель 3 имеет также вид тела вращени , например бочкообразного резонатора, и устран ет потери при частичном отражении волн от входа в линзы 4 (см. ход лучей на фиг.1). Два частотно-модулированных генератора СВЧ-электромагнитных волн, из которых состоит вопб ткдающа система 5, образуют частотно-модулированный сигнал, рЛэность мгновенных частот которого a),(t) Wg{t) модулируетс по периодическому закону, например по пилообразному, (см. фиг.2) . .Частота модул ции кратна интервалу между резонансными частотами открытого резонатора, а девиаци частоты пропорциональна приросту скорости ускорени движущихс высокочастотных ловушек, которые периодически ускор ютс и замедл ютс . Пучок электронов и ионов от инжектора 1, иа од сцийс в продольном фокусирующем магнитном поле соленоида 6, входнгт , в зону интенсивного высокочастотного пол с малой скоростью, равной начальной скорости высокочастотных ловушек , и распадаетс , на сгустки, которые захватываютс этими высокочастотными ловушками и ускор ютс ими на отрезке длиной 2Ь по оси Z, Распад электронного пучка на сгустки в высоочастотных потенциальных мах вы- . сокочастотных ловушках, приводит к о влению сильного продольного куло овского ПОЛЯ, которое обеспечивает держание и ускорение положительных онов. Высокочастотна мощность дл . скорени сгустков заимствуетс от озбуждающей системы 5. С целью умемЬёни потреблени высокочастотной ощности от возбуждающей системы 5The invention relates to an acceleration technique and can be used for collective acceleration of ions. A known accelerating resonance system comprising a cavity resonator and drift tubes located inside it. As a result of the excitation of a standing wave in a cavity resonator, a variable time is created in the gaps between the drift tubes. An electric field that accelerates ions is a disadvantage. The disadvantage of the known system is the limitation of the intensity of the accelerating field, which is determined by surface phenomena, which, in turn, leads to a limitation of the acceleration rate. A known resonant acceleration system comprising an open resonator, made in the form of two coaxially arranged reflectors, which are isolated from each other and. have the form of truncated cones facing each other with large bases,. as well as a microwave power system connected to the reflectors, which contains two generators with different working hours. When a known system is operated, a standing wave with a large number of variations in the plane perpendicular to the axis of the reflectors is generated from the lids of the resonator. This allows the creation of an area in the vicinity of the device's axis of interaction with the bundle of the harness; The particle intensity of the high-frequency electromagnetic field j is much higher than the field intensity on the surface of the reflectors, which ensures the effective interaction of the standing wave with air particles. A disadvantage of the known device with respect to accelerators is that the acceleration rate is not high enough, in spite of HJa, a large retained spatial charge of particles. This is due to the fact that the intense high-frequency field of an open resonator is unsuitable for effective long-term acceleration of charged particles, since the high-frequency potential (high-frequency traps) created by the field of the resonator, in which charge bunches are localized. The motion is uniform, not accelerated, which leads to a rapid loss of synchronism between the field and the particles as they accelerate. The purpose of the invention is to increase the rate of acceleration of charged particles. The goal is achieved by the fact that in a resonant accelerating system containing an open resonator, executed in) are two coaxially located reflectors that are isolated from each other and have the shape of a truncated (cones facing each other with large bases). An electromagnetic system with two oscillators with different working frequencies was introduced to the reflectors of the microwave system. An electromagnetic lenses with anisotropic conductivity were introduced, which are made in the form of bodies of rotation and are located on the surface facing the axis reflectors, each of the two generators is highly volatile with the possibility of modulating the working frequency. The goal is also achieved by the fact that the electromagnetic lenses are made with a variable refractive index variable in thickness. The goal is achieved also by the fact that the reflectors are cease-conducting , and their conductivity is maximal along their image. The goal is achieved also by the fact that an additional reflector, which is fulfilled in the form of a body of revolution, is inserted into the system and is located with the first two within them, and in the center of the gap between them. FIG. 1 shows the proposed system} in FIG. 2, a frequency spectrum and a modulation cycle of a frequency-modulated microwave electromagnetic wave generator. The system comprises an injector 1, a resonance in a system in the form of an open resonator with reflectors 2, 3 and lenses 4, an excitation system 5, a solenoid 6, electrodes 7 and a source 8 of constant or quasistatic voltage. The system works in the following way. Reflectors 2 and lenses 4 with the axis of rotation Z form an open resonator. The main parameters of the resonator, the width of these reflectors 2 and lenses 4, are equal to 2 b, the distance R of reflectors 2 to the axis of rotation, their average radius and average wavelength I are related by the ratio R tb 5 Tig, which provides in the central zone of the resonator on the axis Z length and diameter -, / 2 the occurrence of an intense field with amplitude E E -i 27R /% 7 E, with a slightly greater field than the field of the EP -k 0 b / m at the surface of the reflectors 2, 3. The width of the reflectors 2 and lenses 4 corresponds the first Fresnel zone, b - “where L 3R is the distance between the two surfaces of the reflectors 2. This ensures t high quality factor for the main modes of the cylindrical type E and the suppression of the higher transverse modes. The anisotropy of the conductivity of all reflectors with the predominant conductivity in the form of reflectors is made to suppress TE-type waves. To create high-frequency fields that are on the axis of rotation in the central zone of the resonator, high-frequency potential, high-frequency traps moving with a monotonic increase in speed, for example, constant acceleration, the exciting system 5, made in the form of two frequency-modulated generators, excites a set of cylindrical waves of type E, with different frequencies 1 4:; 98 of all harmonics of the wave are the same for the required number. According to the axis of the city, the required angles of inclination to the Z axis of itApuff of flat plane waves are different: for shorter waves, the angles are larger. In a prototype 6), resonators with conventional reflectors cannot be achieved, therefore, to ensure the normal incidence of partial waves on the surfaces of the reflectors 2, the surfaces of these reflectors facing the axis of rotation adjoin matching lenses 4 with a refractive index from one unit. JtaHSU can be both multi-layered and composed of homogeneous layers, and single-layer with continuous measurement of the refractive index. The reflector 3 also has the form of a body of rotation, for example, a barrel-shaped resonator, and eliminates losses due to partial reflection of waves from entering the lenses 4 (see the path of the rays in Fig. 1). The two frequency-modulated oscillators of the microwave-electromagnetic waves, of which the VCP system 5 is composed, form a frequency-modulated signal, whose instantaneous frequencies are a), (t) Wg (t) are modulated according to a periodic law, for example, sawtooth, (see 2). The modulation frequency is a multiple of the interval between the resonant frequencies of the open resonator, and the frequency deviation is proportional to the increase in the acceleration rate of the moving high-frequency traps, which are periodically accelerated and slowed down. The beam of electrons and ions from injector 1, and two, in the longitudinal focusing magnetic field of solenoid 6, entered into the zone of an intense high-frequency field with a low velocity equal to the initial velocity of the high-frequency traps, and is captured by these high-frequency traps and accelerated them on a segment of length 2b along the Z axis. The disintegration of the electron beam into bunches in high-frequency potential max. sub-frequency traps, leads to the appearance of a strong longitudinal kula of ovsky FIELD, which ensures the holding and acceleration of positive ones. High frequency power dl. the speed of clots is borrowed from the exciting system 5. In order to decrease the consumption of high-frequency power from the exciting system 5

.описанна резонансна система может бь1ть помещена между электродами, которые подключены к источнику 8 статического или квазиетатического напр жени . Уменьшение потребл емой высокочастотной мощности дЬ:тигаетс следующим образом. Электронные сгустки , наход 1191ес в высбкочастотных ловушках, при воздействии посто нного или Лвазистатического внептего электричасКогр пол , совершают когерентные , колебани в высокочастотньгх: ловушках по оси Z Совокупность сгустков дает две волны когерентного тормозного излучени в направлении на отражатели 2. Таким образом, энерги от квазистатического пол преобргзу5 етс посредством когерентных колебаний сгустков в энергию высокочастртJHoro пол .The described resonant system may be placed between the electrodes that are connected to the source 8 of a static or quasi-static voltage. Decrease in high frequency power consumption db: is throttled as follows. Electronic bunches found in 1191es in high-frequency traps, when subjected to a constant or Lvazistatic external electric clock Cog floor, make coherent, oscillations in high-frequency: traps along the Z axis. the field is transformed by coherent oscillations of bunches into the energy of a high frequency joro field.

I Первоначальное возбуждение резой нсной системь от системы 5 возбуеде10 ни не об зательно, так как в резоН ансной системе под действием электронного пучка возможно самовозбуждение высокочастотного ПОЛИ, Таким образом предлагаема система можетI The initial excitation of the incisive system from the system 5 is not necessary10, since in a resonant system, under the action of an electron beam, high-frequency POLY self-excitation is possible. Thus, the proposed system can

15 работать в авторезонансном режиме.15 work in autoresonance mode.

Claims

1. RESONANT ACCELERATING SYSTEM containing an open resonator made in the form of two coaxially arranged reflectors that are isolated from each other and have the form of truncated cones facing each other with large bases, as well as a microwave power system connected to the reflectors, containing two generator with different operating frequencies, including the fact that, in order to increase the rate of acceleration of charged particles, electromagnetic lenses with anisotropic conductivity, which are made in the form of bodies of bodies, are introduced into the device eniya and arranged on the surface facing the axis of the reflectors, wherein each of the two gene- 'tors is adapted to the operating frequency modulation.

Vut.i <e

2. The system according to claim 1, with the exception that the electromagnetic lenses are made with a refractive index that is variable in thickness.

3. The system according to π.1, with the fact that the reflectors are made anisotropically conductive, and their conductivity is maximum along their generators;

'4. The system according to claim 1, with regard to the fact that an additional reflector is introduced into it, which is made in the form of a body of revolution and is located coaxially with the first two inside them and in the center of the gap between them .