SU1101167A1 - Способ управлени выводом пучка циклотрона и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ управлени  выводом пучка циклотрона путем воздействи  на магнитное поле циклотрона, о тл и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повьшени  интенсивности, уменьшени  энергетического разброса и величин поперечного и продольного эмиттансов выведенного пучка, периодически ввод т расстройку в магнитное поле циклотрона, регистрируют изменени  интенсивности выведенного пучка, корректируют магнитное поле циклотрона до получени  максимальной интенсивности выведенного пучка. при этом знак вводимой расстройки магнитного пол  определ етс  изменением интенсивности вьгоеденного пучка циклотрона, вызванным предыдущей расстройкой магнитного пол  относительно интенсивности выведенного пучка циклотрона до введени  этой расстройки магнитного пол . 2. Устройство дл  осуществлени  способа по П.1, содержащее сигнальный электрод, помещенный в ионопроводе циклотрона, и дополнительную обмотку, подключенную к усилителю , отличающе.ер  тем, что в него дополнительно введены (П интегратор, два аналоговых ключа, два пиковых детектора, две схемы задержки-, интегральный компаратор, триггер, реверсивный счетчик и с с цифроаналоговый преобразователь, причем вход интегратора подключен к сигнальному электроду, а выход к первым входам аналоговых ключей, вход управлени  первого аналогового ключа подключен к выходу первой 9д схемы задержки, входу второй схемы задержки и счетному входу реверсивного счетчика, а выход его - к входу первого пикового детектора, вход управлени  второго аналогового ключа соединен с выходом второй схемы задержки и входом строба интегральHort ) компаратора, а выход - с входом второго пикового детектора, вход сброса подключен к входу сброса первого пикового детектора, йходу первой схемы задержки и входу синхронизации , выходы пиковых детекторов соединены с соответствующими входами

Description

интегрального компаратора, выход последнего подключен к счетному входу триггера, первый выход которого подключён к входу сложени  реверсивного счетчика, второй выход к входу вычитани  реверсивного

1101167

счетчика, при этом входы управлени  реверсивного счетчика соединены с .шинами управлени , а выходы разр дов его - с входами цифроаналогового преобразовател , выход которого св з н с входом усилител .

1

Способ управлени вьгоодом пучка циклотрона и устройство дл  его осуществлени  относ тс  к области ускорительной техники и могут быть использованы дл  улучшени  характеристик выведенного пучка зар женных частиц циклических ускорителей, работающих как в импульсном, так и в непрерывном режимах.

Дл  использовани  выведенного из циклотрона пучка зар женных частиц заданной энергии определ ющее значение имеет стабильность его основных параметров: интенсивности, энергетического разброса, величин поперечного и продольного эмиттансо

Известен способ, при котором интенсивность пучка циклотрона может быть достаточно хорошо стабилизирована введением обратной св зи по току дуги ионного источника. Недостатком этого способа  вл етс  то, что с его помощью повьшаетс  только интенсивность внешнего пучка циклотрона.

Известные способы стабилизации режима выпуска, т.е. стабилизации .отдельных параметров выведенного пучка, осуществл етс  введением контуров обратной св зи по ускор ющему напр жению и магнитному полю, Дл  уменьшени  фазовых сдвигов широко используетс  способ управлени  магнитным полем циклотрона lj , заключающийс  в регулировании магнитного пол  циклотрона концентрическими катушками в зависимости от величин сигналов поступающих с датчиков фазы пучка. Устройством дл  осуществлени  данного способа  вл етс  устройство настройки режима работы циклотрона 2j , содержащее дополнительную обмотку, сигнальный электрод, генератор пилообразного напр жени , схему формировател 

-опорного сигнала, схему сравнени  и усилитель. Недостаток этого способа заключаетс  в том, что он уменьшает только величину энергетического разброса выведенного пучка циклотрона.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  способ управлени  выводом пучка

циклотрона путем воздействи  на магнитное поле циклотрона З, и устройство, реализующее предлагаемьй способ, содержащее сигнальный электрод, помещенньм в ионопроводе циклотрона, и дополнительную обмотку , подключенную к усилителю 4.

Недостатком известного способа при его использовании  вл етс  то, что улучшаетс  только один параметр выведенного пучка - энергетический разброс.

Целью изобретени   вл етс  повышение интенсивности, уменьшение энергетического разброса и величин

поперечного и продольного эмиттансов выведенного пучка циклотрона за счет стабилизации эффективности числа оборотов, совершаемых пучком зар женных частиц при их ускорении

в циклотроне.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе управлени  выводом пучка, циклотрона путем воздействи  на магнитное поле

циклотрона, периодически ввод т расстройку в магнитное поле циклотрона , регистрируют изменени  интенсивности выведенного пучка, корректируют магнитное поле циклотрона до получени  максимальной интенсивности выведенного пучка, при этом знак вводимой расстройки магнитного пол  определ етс  изменением интенсивности вьгоеденного пучка циклотрона, вызванным предыдущей.

3

расстройкой магнитного пол , относительно интенсивности выведенного пучка циклотрона до введени  этой расстройки магнитного пол .

В у.стройстве, дл  осуществлени  способа, содержащем сигнальный электрод, помещенный в ионопрЬводе циклотрона и дополнительную обмотку , подключенную к усилителю, дополнительно введены интегратор, дв аналоговых ключа, два пиковых детектора , две схемы .задержки, интегральный компаратор, триггер, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем вход интегратора подключен к сигнальному электроду, а выход - к первым входам аналоговых ключей, вход управлени  первого аналогового ключа подключен к выходу первой схемы задержки, входу второй схемы задерки и счетному входу реверсивного счетчика,, а выход его - к входу первого пикового детектора, вход управлени  второго аналогового ключа соединен с выходом второй схемы задержки и входом строба интегрального компаратора, а выход - с входом второго пикового детектора, вход сброса которого подключен к входу сброса первого пикового дететора , входу первойсхемы задержки и входу синхронизации, выходы пиковых детекторов соединены с соответствздощими входами интегрального компаратора, выход последнего подключен к счетному входу триггера , первьй выход которого подключен к входу сложени  реверсивного счетчика, второй выход - к входу вычитани  реверсивного счетчика, при этом входы управлени  реверсивного счетчика соединены с шинами управлени , а выходы разр дов его - с входами цифроаналогового преобразовател , выход которого соединен с входом усилител .

На фиг,1 приведена структурна  схема устройства управлени  выводом Циклотрона; на фиг,2 - зависимость интенсивности выведенного пучка от величины расстройки магнитного пол  циклотрона ДН ; на фиг,3 - зависимость интенсивности выведенного пучка от величины ускор ющего напр жени ; на фиг,4 типична  сери  зависимостей магнитного пол  циклотрона при различ

01167

ных значени х ускор ющего напр жени .

Устройство управлени  выводом пучка циклотрона состоит из циклоЕ трона 1, в ионопроводе которого расположен сигнальный электрод 2, усилител  3 с выходом, подключенным к дополнительной обмотке 4, интегратора 5, вход которого св зан с

10 сигнальным электродом, а выход с входом первого аналогового ключа 6 и с входом второго аналогового ключа 7, первой схемы 8 задержки , выход которой соединен с вхоJ5 дом управлени  первого аналогового ключа и с входом второй схемы 9 задержки с выходом, св занным с входом управлени  второго аналогового КЛЮЧИ, первого пикового детек20 тора 10, вход которого подключен к выходу первого аналогового ключа, второго ликового детектора 11 с входом, св занным с выходом второго аналогового ключа, интегрально25 го компаратора 12, первый вход которого подсоединен к выходу первого пикового детектора, а второй вход к выходувторого пикового детектора , а вход строба его - к выходу

,- второй схемы задержки, триггера 13 с счетным входом, подключенным к выходу интегрального компаратора, реверсивного счетчика 14, вход сложени  св зан с первым выходом триггера, вход вычитани  - с вто рым выходом триггера, счетный вход - с выходом первой схемы задержки , цифроаналогового преобразовател  15, входы, которого соединены с выходами разр дов реверсивного счетчика а выход - с входом усилител , входа 16 синхронизации , подключенного к входу первой схемы задержки и к входам сброса пиковых детекторов, шин управле-

ни  17, св занных с шинами управлени  реверсивного счетчика.

Способ управлени  вьшодом пучка циклотрона заключаетс  в управлении магнитным полем циклотрона

50 в зависимости от отклонени  интенсивности выведенного пучка от максимального значени , дл  этого периодически вводитс  расстройка в магнитное поле циклотрона и, в

55 соответствии с изменением интенсивности выведенного пучка корректируетс  магнитное поле циклотрона до получени  максимальной интенсив5

ности выведенного пучка, причем знак вводимой расстройки магнитного пол  определ етс  изменением интенсивности выведенного пучка циклотрона , вызванным предыдущей расстройкой магнитного пол  относительно интенсивности магнитного пол . Возможность обусловлена тем, что эффективное число оборотов определ етс 

Е.

М

ксзнетгиа  энерги  ускоренК ньтх частиц;

:4Е

эффективный средний прирос энергии за оборот;

Нк iE йЕ„. солср,Н,- ------

где U Eg амплитудньй прирост энергии за оборот; qi - фазовый сдвиг сгустка зар женных частиц относительно ускор ющего напр жени . Отсюда следует, что нестабильность эффективного числа оборотов обуславливаетс  нестабильностью ускор ющего напр жени  (Б) и фазы сгустка Lf . Последнее  вл етс  результатом временной нестабильности магнитного пол 

ЕК (iH

&CfS2ir --nЬЕо о

Функци  выведенного пучка от величины расстройки магнитного пол  циклотрона О (иИ) имеет, как правило , вид кривой, имеющей область плато и ocTpbEi максимум (см.фиг.2) а зависимость интенсивности выведенного пучка от величины ускор ющего напр жени  Л (лЕ). имеет  вно выраженный максимум (см.фиг.3). Причем в обоих случа х максимумы интенсивности соответствуют режиму однооборотного выпуска с заданными высокими характеристиками, отклонение от экстремумов - режиму многооборотного выпуска. Нагл дной иллюстрацией воздействи  нестабильности ускор ющего напр жени  и магнитного пол  на эффективное число оборотов сгустка, выражающегос  в отклонении интенсивности выведенного пучка от максимального значени ,  вл етс  сери  зависимостей воспроизведенна  на фиг,4, Очевидно , что при оптимальном значении магнитного пол  Нд отклонение

1011676 .

величины ускор ющего напр жени  от оптимального значени  Е доЕ, или Б, приводит к уменьшению интенсивности выведенного пучка (Л,, 5 Соответственным изменением величины магнитного пол  до значени 

И, или И„ можно добитьс  того же максимального значени  (Зд,;,)

интенсивности выведенного пучка, ко0 торое св ойственно режиму работы при значени х ускор ющего напр жени  ЕО и магнитного пол  Н , Таким образом, нестабильность ускор ющего напр жени  (так же как

5 и уходы фазы сгустка зар женных частиц) будет компенсироватьс  соответствуюв1им изменением величины магнитного пол . Отсюда следует, что управление величиной магнитного

0 пол  циклотрона в зависимости от отклонени , интенсивности выведенного пучка от максимального значени  приводит к стабилизации эффективного числа оборотов пучка в цикло5 троне.

Устройство управлени  выводом пучка циклотрона работает следующим образом. В исходном состо нии на входе синхронизации 16 импульсы

Q отсутствуют, по шинам управлени  17 в реверсивный счетчик 14 записано число, соответствующее среднему значению выходного напр жени  ЦАП 15, а в дополнительной обмотке 4, подключенной к усилителю 3, протекает

ток, пропорциональньй этому значению . Пролетающий пучок зар женных частиц наводит на сигнальный электрод 2, помещенный в ионопровод циклотрона 1, пропорциональный величине тока и азимутальной длительности пучка сигнал, который поступает на интегратор 5. Посто нна  интегратора 5 выбираетс  больще посто нной времени магнитной системы циклотрона. При этом на выходе интегратора и соотв етственно на входах аналоговых ключей 6 и 7 присутствует напр жение, соответствующее среднему значению тока пучка циклотрона. На выходах аналоговых ключей 6 и 7, пиковых детекторов 10 и 11, а также на выходе интегрального компаратора 12 сигналы отсутствуют. Триггер 13 находитс  в одном из устойчивых состо ний , при поступлении на вхйд 16 импульса старта (как при непрерывном , так и при импульсном рёжимах работы циклотрона импульсы поступают с внешнего генератора импульсов , причем период их повторени  выбираетс  больше суммарной посто нной времени интегратора 5 и маг нитной системы циклотрона 1) последний сбрасывает пиковые детекторы 10 и 11 в нулевое состо ние и поступает на первую схему задержки.8, врем  задержки которой выбираетс  больше времени установлени  пиковых детекторов в нулевое состо ние. С вьгхода первой схемы задержки 8 импульсный сигнал подаетс  на вход управлени  первого аналогового ключа 6, при этом на его выходе по вл етс  импульс, амплитуда которого соответствует величине сигнала на выходе интегратора 5. Амплитуда этого сигнала запоминаетс  .на выходе первого пикового детектора 10. С выхода первой схемы задержки 8 импульсный сигнал также поступает на счетньш вход реверсивного счетчика 14 и на вход второй схемы задержки 9, врем  задержки которой выбираетс  больше суммарной посто нной времени магнитной системы циклотрона и интегратора Ь и меньше периода следовани  импульсов старта. В зависимости от состо ни  триггера 13-на выходах разр дов реверсивного счетчика 14 измен етс  информаци  (в сторону увеличени  или .уменьшени  на единицу) . Соответственно измен етс  уровень посто нного напр жени  на выходе ЦАП 15 которое через усилитель 3 и дополнительную обмотку будет воздействовать на магнитное поле циклотрона , привод  к изменению интенсивности пучка циклотрона. Сигнал на выходе интегратора 5 и,- следовательно , на входах аналоговых ключей 6 и 7 также измен ютс . С выхода второй схемы задержки 9 импульсный сигнал поступает на вход управлени  второго аналогового ключа 7. С выхода второго аналогового ключа 7 импульс, амплитуда которого соответствует величине измененного сигнала на выходе интегратора 5, поступает на вход второго пикового детектора 11 и запоминаетс  на его выходе. С выхода второй схемы задержки 9 сигнал поступает также на

вход строба интегрального компаратора 12.

В зависимости от величин потенциальных сигналов на входах интегрального компаратора на выходе его при поступлении на вход строба будет присутствовать уровень логической единицы или уровень логического нул . При этом, если величина напр жени  на выходе второго пикового детектора 11 окажетс  больше величины напр жени  на выходе первого пикового детектора 10, то на счетный вход триггера 13с выхода интегрального компаратора 12 будет поступать уровень логического нул , который не изменит состо ние триггера 13. В случае, если величина напр жени  на входе второго детектора 11 окажетс  меньше величины напр жени  на выходе первого пикового детектора 10, то на триггер 13 поступит уровень логической единицы и он переключитс  в другое состо ние. .При поступлении следующих импульсов старта на вход синхронизации 16 все процессы будут повтор тьс  до возрастани  интенсивности выведенного пучка циклотрона до максимального значени .

Таким образом, в устройстве управлени  выводом пучка циклотрона происходит компенсаци  отклонени  интенсивности выведенного пучка циклотрона от максимального значени  и тем самым обеспечиваетс  стабилизаци  эффективного числа оборотов пучка циклотрона.

По сравнению с базовым объектом в качестве которого можно прин ть разработанную на предпри тии-за вителе систему измерени  и стабилизации фазы пучка 240-сантиметрового изохронного циклотрона ИЯИ АН УССР, обеспечивающую улучшение параметров пучка путем компенсации нестабильности магнитного пол  циклотрона , предлагаемый способ управлени  вьтодом пучка циклотрона и устройство дл  его осуществлени  позвол ет осуществл ть стабилизацию эффективного числа оборотов пучка и тем самым компенсировать уходы интенсивности выведенного пучка, вызываемые нестабильностьюмагнитного пол цклотрона , и ускор ющегонапр жени .

Claims (2)

1. Способ управления выводом пучка циклотрона путем воздействия на магнитное поле циклотрона, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения интенсивности, уменьшения энергетического разброса и величин поперечного и продольного эмиттансов выведенного пучка, периодически вводят расстройку в магнитное поле циклотрона, регистрируют изменения интенсивности выведенного пучка, корректируют магнитное поле циклотрона до получения максимальной интенсивности выведенного пучка,

при этом знак вводимой расстройки магнитного поля определяется изменением интенсивности выведенного пучка циклотрона, вызванным предыдущей расстройкой магнитного поля относительно интенсивности выведенного пучка циклотрона до введения этой расстройки магнитного поля.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее сигнальный электрод, помещенный в ионопроводе циклотрона, и дополнительную обмотку, подключенную к усилителю, отличающееся тем, что в него дополнительно введены интегратор, два аналоговых ключа, два пиковых детектора, две схемы задержки·, интегральный компаратор, триггер, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, причем вход интегратора подключен к сигнальному электроду, а выход к первым входам аналоговых ключей, вход управления первого аналогового ключа подключен к выходу первой схемы задержки, входу второй схемы задержки и счетному входу реверсивного счетчика, а выход его - к входу первого пикового детектора, вход управления второго аналогового ключа соединен с выходом второй схемы задержки и входом строба интегральной) компаратора, а выход - с входом второго пикового детектора, вход; сброса подключен к входу сброса первого пикового детектора, Входу первой схемы задержки и входу синхронизации, выходы пиковых детекторов соединены с соответствующими входами

„.511 „.,1101167

интегрального компаратора, выход последнего подключен к счетному входу триггера, первый выход которого подключен к входу сложения реверсивного счетчика, второй выход к входу вычитания реверсивного

1101167

счетчика, при этом входы управления реверсивного счетчика соединены с шинами управления, а выходы разрядов его - с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого связян с входом усилителя.

1

Способ управления'выводом пучка . циклотрона и устройство для его осуществления относятся к области ускорительной техники и могут быть использованы для улучшения характеристик выведенного пучка заряженных частиц циклических ускорителей, работающих как в импульсном, так и в непрерывном режимах.

Для использования выведенного из циклотрона пучка заряженных частиц заданной энергии определяющее значение имеет стабильность его основных параметров: интенсивности, энергетического разброса, величин поперечного и продольного эмиттансов.