SU1077551A1 - Группирователь пучков зар женных частиц - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к ускорительной технике и может быть использовано при разработке линейньк ускорителей , микротронов, приборов СВЧ.

Известное устройство, содержащее линейно-развертывающий резонатор и пластину с пр моугольной щелью, размещенные вдоль общей оси .

Известное устройство работает следующим образом.

В развертывающем резонаторе возбуждаютс  колебани  от генератора СВЧ. В качестве резонатора используетс  отрезок пр моугольного волно вода, в широких стенках которого выполнены круглые пролетные отверсти . При прохождении пучка через резонатор производитс  отклонение пучка поперечным магнитным полем Н(02. волны. Затем пучок подаетс  на пластину с пр моугольной щ.елью. Элетроны , -соответствующие определенной фазе возбуждающей волны, пролетают эту щель и формируютс  в -пучок , а остальные тормоз тс  пластиной . Таким образом,.на выходе получаетс  последовательность крротких сгустков частиц, длина которых пропорциональна.ширине щели. В данном устройстве уменьшение фазовой длины сгустков достигаетс  уменьшением ширины диафрагмирующей щели, что сопровождаетс  значительной потерей частиц пучка и  вл етс  основным недостатком известного устройства.

Прототипом данного изобретени   вл етс  группирователь пучков зар женных частиц, содержащий; инжектор зар женных частиц, устройство развертки пучка и магнитную систему которые размещены соосно и последовательно друг за другом 2.

В известном устройстве устройство развертки выполнено в виде электростатического дефлектора, который представл ет собой две симметрично расположенные относительно оси пучк металлические пластины, а магнитна  система выполнена в виде посто нного электромагнита.

Ё устройстве -имеетс  также электростатический конденсатор, пластины которого перпендикул рны плюсам электромагнита и параллельны оси группируемого пучка. Электростатический конденсатор подключен к источнику посто нного напр жени , а дефлектор - к генератору пилообразнего напр жени .

Известно устройство работает следующим образом.

При подаче на электростатический дефлектор пилообразного напр жени  группируемьй пучок, пройд  между его пластинами, получает поперечный .импульс, что вызывает его отклонение пропорционально приложенному напр жению. Яастицы, попада  в скрещенные электрическое и магнитное пол  посто нного электромагнита и электростатического конденсатора, с различным поперечным отклонением, проход т этот участок за различное врем . Длина участка со скрещенным магнитным и электростатическим пол ми выбираетс  таким образом, чтобы частицы, соответствующа  по времени окончанию напр жени  развёртки , догнала частицу,соответствующую началу напр жени  развертки дефлектора. Таким образом, происходит группировка частиц. Б известном устройстве фазова  длина сгустков определ етс  линейностью пилообразного напр жени , приложенного к дефлектору. На малых частотах создание линейно-измен ющегос  напржени  на дефлекторе не представл ет собой трудности, но при переходе к более высоким частотам формирование , такого напр жени  затруднено. Это и обуславливает основной не-. достаток устройства, заключающийс  в увеличении фазовой длины сгустков на высоких частотах.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности за счет уменьшени  фазовой длины сгруппированных сгустков зар женных частиц.

Цель достигаетс  тем, что в группирователе пучков зар женных частиц содержащем инжектор зар женных частиц, устройство развертки пучка и магнитную систему, которые размещены соосно и последовательно друг за другом, устройство развертки пучка выполнено в виде резонатора круговой развертки, а магнитна  .система вьшолнена в виде соленоидальной катушки, помещенной в цилиндрический магнитопуовод с торцовыми входным и выходным ферромагнитными дисками, в которых выполневы кольцевые прорези и внутренние части которых соединены вдоль цилиндрического магнитопро.вода ферро магнитным стержнем, при этом внутренний радиус кольцевых прорезей посто нен, а ширина входной прорез переменна в азимутальном направлен и выполн ютс  следующие услови : sihfarccos / tn.- г sin loirccos m,--V V щирина прорези. 1 г - внутренний радиус прорези Ъ-) - максимальна  ширина проре период колебаний резонато круговой разверткиj ускор ющий потенциал инжектора зар женных частиц рассто ние между внутренн ми поверхност ми ферромагни НЫХ дисков, СМ; скорость света-, энерги  поко  зар женных частиц-, зар д частиц-, , Ч - аЗимутальный угол, отсчи- тываемый относительно места с максимальной щириной пpopёзиj -4it-- WM). где Л Ц- угловой сдвиг между противолежащими точками с одина ковой шириной прорези вход ного и выходного-ферромагнитных дисков. Изобретение по сн етс  фиг. 1, 2, 3 и 4. На фиг. 1 схематически изображен группирователь пучков зар женных частиц; на фиг. 2 - входной торцовый диск с прорезью; на фиг. 3 показано устройство развертки; на фиг. 4 - его сечение плоскостью, пе пен;щкул рной медианной плоскости. Устройство содержит инжектор 1 зар женных частиц, резонатор 2 круговой развертки, пролетное отверсти 3 в резонаторе, входную кольцевую прорезь 4, входной ферромагнитный диск 5, ферромагнитньш стержень 6, цилиндрический магнитопровод 7, соленоидальную катушку 8, выходной ферромагнитный диск 9, фокусирую14 ую линзу 10, выходную кольцевую рорезь 11, немагнитную пластину 12, етлю 13 возбуждени  резонатора, азовращатель 14, аттенюатор 15, исочник 16 ВЧ-мощности. На фиг. 1 сплошной и пунктирной линией показаны также траектории пучка в двух сдвинутых на 180° положени х; на фиг. 3, 4 - стрелками показаны силовые линии электрического и магнитного 6 полей. Устройство работает следующим образом.. . Пучок зар женных частиц, формируемый инжектором 1 (например, электронной пушкой), пролетает резонатор 2 через его осесимметричные пролетные отверсти  3, при этом на пучок действ .уют поперечные компоненту ВЧ-пол , которые образуютс  при возбуждении резонатора через два ввода (петли возбуждени ) разнесенных по азимуту на четверть окружности. Через каждый ввод возбуждаетс  колебание Е,о с пучностью магнитного потипа л  на оси, прич.ем за счет фазовращател  14 осуществл етс  сдвиг фаз между, вводами на 90°, что обеспечивает круговую пол ризацию- магнитно-, го пол  на оси резонатора. Аттенюатором 15 осуществл ют выравнивание мощности ВЧ в каждом вводе. Так как поперечна  компонента ВЧ-пол  резонатора вращаетс  с посто нной угловой скоростью , Т- Пв риод колебаний в резонаторе, то осуществл етс  кругова  развертка с угловой скоростью Си в область входной кольцевой прорези 4, выполненной во входном ферромагнитном диске 5, ширина которой мен еТСЯ согласно соотношению Sin /oirccos / m -г« Sin cirtcos И в которой соответственно мен етс  величина радигшьного магнитного пол , образованного за счет магнитного потока,- который замыкаетс  по цепи: цилиндрический магнитопровод 7, ферромагнитный входной диск 5, входна  кольцева  прорезь 4, внутренн   часть ферромагнитного диска 5, ферромагнитный стержень 6, внутренн   часть выходного ферромагнитного диска 9, выходна  кольцева  прорезь 11, выходной ферромагнитный

диск 9 и цилиндрический магнитопронод 7. Если радиальное магнитное поле во входной кольцевой прорези 4 направлено к оси системы, то в выходной кольцевой прорези 11 электроны за счет радиального пол  в области входной прорези 4 получают поперечные импульсы, касательные к окружности развертки. Затем электроны движутс  в магнитном поле, созданном катушкой 8, часть потока которой замыкаетс  по цепи: цилиндрический магнитопровод 7, входной ферромагнитньй диск 5, пространство дрейфа между дисками длиной . с/ , выходной ферромагнитньй диск 9, цилиндрический магнитопровод 7. Величина этого пол  такова, что радиус обращени  электронов в этом поле несколько больше радиуса развертки в плоскости входной кольцевой прорези 4. Благодар  выбранному .закону изменени  магнитного пол  во входной кольцевой щели, продолна  скорость частицы V, после прохождени  входной кольцевой прорези мен етс  -линейно

т -т п т,

V 27Г J

от угла влета 4 во входную, кольцевую прорезь 4 в плоскости ферромагнитного диска 5, отсчитываемого относительно максимально выбранного значени  ширины прорези Ъ,

Электрон, попадаюшдй. во входную прорезь 4 с меньшим значением ширин прорези, получает большее значение поперечного и шульса, а следовательно , имеет меньшее значение продольной скорости, чем электрон, попадающий во.входную прорезь 4 с большим значением ее ширины. Если параметры устройства выбраны согласно прин тым .соотношени м, то электроны , прошедшие во входную кольцевую прорезь в начале и в конце изменени  ее ширины, приход т к выходной кольцевой прорези 11, одновременно. Поскольку поперечные скорости частиц различны, необходимо осуществит сдвиг между противолежащими,точками кольцевых прорезей с одинаковыми и противоположными по направлению по.л ми на величину .

-1

,

По

при этом частицы, провзаимодействовав с полем выходной кольцевой прорези 11, вьшетают с продольной скоростью до влета во входную прорезь 4, т.е. в пространстве до фокуса Р все электроны движутс  с одинаковыми скорост ми. Фокусировка кольцевого сгустка может быть осуществлена с помощью короткой магнитной линзы to.

При выборе ширины кольцевой прорези или толщины ферромагнитного диска а.необходимо учитывать вли ние провисающего пол  из области

прорези-. Дополнительный прирост азимутальной скорости dVtjj , приобретаемый частицей в областирассе н

ного ПОЛЯ, зависит от.соотношени  d Iti i Измерени  показывают практически линейный спад магнитного пол  на рассто нии В в случае «4 (2-5). Наличие л V приводит к снижению линейности продольной составл ющей скорости в пространстве дрейфа, в приближении линейного спада пол  в направлении 9Т прорези дл  получаетс  следующее выражение:

Л у biSin o(rccos(m)-Ь,н Кмин|

увеличение ширины сгустка выразитс  соотношением

(yh-v)c(

V продольна  скооость ч

скорость частицы с учетом провисающего пол .

-У{Й

- азимутальна 

.

- скорость, где V - полна  скорость частицьь Численные расчеты по проведенным формулам показывают, что при выпол-. нении услови 

с«(3-5)Ъ.

50

Увеличение фазовой прот женности сгустков ДЦ не превосходит 0,01 рад, что  вл етс  достаточно | малой величиной.

Поле в области дрейфа частиц между ферромагнитными дисками регулируетс  током в соленоидальной катушке . Отношение магнитных полей в области кольцевой входной щели Н

ii области дрейфа Н определ етс  формулой.

.

Изменение величины .последнего соотношени  достигаетс  изменением магнитного сопротивлени  ферромагнитного стержн , расположенного: вдоль оси системы, путем изменени  воздушного зазора между его част ми

Таким образом уменьшение фазовой длины сгустков группи-уемых час тиц по сравнению с протч.лшом достигаетс  тем, что использование круговой развертки с посто нной угловой скоростью и наличие соленой дальной катушки 8, поме14ённой в цилиндрический магнитопровод 7 с торцовыми ферромагнитными диска8

77551

5 и 9, в которых выполнены кольми цевые прорези, ширина которых мен етс  по определенному закону, позвол ет значительно повысить линей5 ность изменени  продольной скорости частиц в пространстве группировки. Использование в виде устройства круговой развертки цилиндрического резонатора с типом зозбужцаемых

10 колебаний f позвол ет достичь

высокого посто нства угловой скорос ти при минимальном энергетическом разбросе. В данной конструкщш развертывающего устройства пучность

15 магнитного пол  находитс  на ори резонатора и пучок, следовательно, проходит в области узла электричес- . кого пол , что превышает электрическую прочность устройства и его на- 20 дежность.

/

Claims (1)

1. (54.) ГРУППИРОВАТЕЛЬ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий инжектор заряженных частиц, устройство развертки пучка и магнитную систему, которые размещены соосно и Последовательно друг за другом, о т л ичающийся тем,- что, с целью повышения эффективности за счет уменьшения фазой длины сгруппированных сгустков заряженных частиц, устройство развертки пучка выполнено в виде резонатора круговой развертки, а магнитная система выполнена в виде соленоидальной катушки, помещенной в цилиндрический магнитопровод с торцовыми входным и выходным ферромагнитными дисками, в которых выполнены прорези, внутренние части которых соединены вдоль цилиндрического магнитопровода ферромагнитным стержнем, при этом внутренний радиус Кольцевых прорезей постоянен, ширина входной прорези переменна в азимутальном направлении, вия:

   где выполняются следующие услоSih(nrcCOS

   Г s;n drccos Μ- ширина прорези, tn₂= г ь,d радиус прорези·;

   внутренний максимальная ширина прорези;

   период колебаний резонатора круговой развертки» ускоряющий потенциал инжектора заряженных частиц; расстояние между внутренними поверхностями ферромагнитных дисков;

   -скорость света, ε

   Eo - энергия покоя заряжённых частиц»

   Ψ - азимутальный угол, отсчитываемый относительно места с максимальной шириной прорези;

   е - заряд частиц *

   1 1

   ΔΨ=2//π\ где Δ4 - угловой сдвиг между противолежащими точками с едина ковой шириной прорези вход· ного и выходного ферромагнитных дисков.

   SU .„,1077551