SU1266452A1 - Способ формировани сильноточных ультрарел тивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

I. Способ формировани  сильноточных ультрарел тивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона , включающий инжекцию пучка в м гкофокусирующев ведущее магнитное поле лерпендикул рно направлению магнитных силовых линий, формирование электронного кольца, увеличение энергии вращательного движени  в нем путем увеличени  амплитуды ведущего магнитного пол , поспедук цее перемещение кольца под действием неоднородного магнитного пол , его преобразование в пр молинейный пучок под действием отклон ющего азимутапьно-неоднородного пол , и вывод через область, экранированнуто от магнитного пол , отличающийс  тем, что, с целью повышени  плотности пучка, отклон ющее аэимутально-неоднородное поле дают импульсно в виде первой азимутальной гармоники,при этом воэбуждение этого пол  осуществл ют в момент обращени  показател  спада ведущего магнитного пол  в ноль. 2. Устройство формировани  сильточных ультрарел тивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона , содержащее линейный индукцнон- ный ускоритель, на выходе которого установлены аксиально-симметричные катупки -и магнитоэкранированньш канал , отличающеес  тем, СО что, с целью повышени  плотности пучка, в него введен подключенный к импульсному источнику питани  маг- нитнь Й манипул тор, выполненный в виде плоского секционированного витка, ось которого смещена от оси аксиально-симметричных магнитных тушек, при этом число секций в витоэ ке не меньше трех, кажда  из них соеО5 динена с им1тульсным источником пита 4 СП IN9 ни  коаксиальной линией передачи, все линии передачи имеют равную длину, их выходы .через секции витка соединены последовательно, а подключенные к импульсному источнику питани  входы соединены параллельно , и плоскость расположени  витка манипул тора совмещена с плоскостью расположени  магнитоэкранированного канала.

Description

« Изобретение относитс  к ускори™ тельной технике, и может быть исполь зовано дл  генерацш импульсных нзлучею1й (напримерf сверхвысоких час тот, потоков нейтронов и т.д.) пуч ками зар женных частиц, а также дл  нзлучени  свойств, например, твердого тела при воэдействии iita сгустками энергий субианосекундного диапазона, . Целью изобретени   вл етс  повь шение плотности . после заверше ни  вывода путем форюфовани  плотного кольцевого сгустка с последующим преобразова гаем его в короткий пр молинейный пучок электронон„ На . I дана схема преобразова 1ШЯ кольцевого сгустка в пр молинейный ,и приведены налболее существенные части устройства дл  формиро- Егани -пучка; на ф г, 2 - схема маг нитного манипул тора с импульсным источником питани . Устройство содержит пару катушек последней ступени сжати  магнитной системы, формирующейведущее магнит ное поле, виток 2 манипул тора, маГнитоэкраиированньп канал 3, i«i рень 4, датчик 5 положе1ш  электрон ного кольца, импульсный источник 6. питани  магнитоэкранировшшого капа ла, импульсный источник 7 питани  витка манипул тора, импульсный фор- мирспбатель 8 стартовых сигналов, . фидер 9 св зи датчика положени  с импульсным формирователем 8 старто™ вых сигналов, фидер 10 св зи . ровател  стартовых сигналов с З1м- пульсным источником 6 питани  магни тоэкранированного канала, Фндер 1 св зи импульсного ф6р - НроватеЛ  ста товых сигналов с импульс1шм источни ком 7 питани  витка манипул тора, фидер 12 св зи источника хштанл  с витком 2 манипул тора, фидер 13 св  зи источника питани  с магиитоэкра- нироваиным каналом 3. , Датчик 5 положени  настроен так, чтобы при по влении кольца в .поле его зрени  возникал электричесзсий сигнал на его выходе. Выход датчика 5 .соединен с входом .формнроват 1п  стартовых сигналов при помощи фи- дера 9 св зи. Формирователь 8 сгар товых сигналов имеет два неэависимлс канала с включен11Ь ми в Них Споками временной задержки. Выходы . формировате1ш 8 стартовых сигналов 2 соединены с входами импульс1 ых источников питани  б и 7 через, соответствующие фидеры 10 и 11. Датчик 5, формирователе 8 и фидеры 9°Я образуют систему синхронизации. Источники 6 и 7 через фидеры 12 и 3 соединены соответственно с магнитоэкраниоованным каналом 3 и витком манипул тора 2. Фидер 12 образован из отрезков линий передачи К одинаковой длины. С одного конца линии передачи К , соединены параллельно и подключены к выходу импульсного источника питани  7, а с другого через места Mj соединеш1  линии передачи и дуги витка соединены последовательно и образуют секционированный виток 2. Виток 2 манипул тора расположен под входным отверстием (т.е. септумом ) магнитоэкранированного канала 3 и ассиметрично относительно оси катушек. Величина пол рного угла геометрического центра окружност витка манипул тора зависит от Гпюгих факторов: относительной точности установки катушек системы сжати , точности установки вакуумной камеры относительно катушек магнитной системы сжати  и т.д. Обычно его подбирают в процессе настройки системы по максимальному эффекту на выходе (по мишени). Пунктирными лини ми на фиг. 1 показана траектори  движени  кольцевого счетчика электронов вдоль оси Z. В конце сжати  путем шунтировани  тока в ближайшейк магнито- эзсранированному каналу последней ступени сжати  смещают магнитную , удерживающую кольцо в направлении OZ. При аксиальном перемещении магнитной  мы кольцо подвод т к витку манипул тора 2 под септум магнитоэкран 1рованного канала 3. К этому моменту показатель спада ведущего магнитного пол  обращаетс  в 1гуль, что достнгаетс  путем выбора момента времени шунтировки последней ступени сгатн  и величины тока в катушках. Затем с помощью системы синхронизации и т{мпульсного 7 источника питани  включают ток в витке манипул тора. Магнитное поле виткалокально ведущее магнитное поле. Причем кис3 вше азимутальные гармоники пЬдавл  с  за счет того, что геометрическа прот женность дуги N; витка по кр ней мере на пор док больше геометр ческой прот женности места ее подсоединени  М; к линии питани . Электроны кольца в основном пол чают импульс в радиальном направлении . Амплитуда радиальных колеба ний электронов в кольце быстро нарастает , кольцо разрываетс , и электроны забрасываютс  .в магнйто экранированный канал 3. Через него пучок дрейфует к мишени 4. Таким образом, кольцева  форма пучка тра формируетс  в линейную. В качестве примера реализации данного способа рассмотрим устройс во со следующими параметрами: Радиус электронного кольца, см Размер малого поперечного сечени  кольца , см Количество электронов в кольце, шт энерги  азимутального движени , МзВ Относительна  (к скорости света С) скорость перемещени  магнитной  мы в конце сжати  Из конструктивных соображений необходима  неличина отклонени  кольца в радиальном направлении А составл ет 1,0 см. Относительную величину аксиальной составл ющей инжекции магнитного пол  от витка манипул тора дБ/В примем 10%. Это соответствует амплитуде индукции магнитного пол , созданного витком около 0,14 Тл. Скооость нарастани  амплитуды радиальных колебаний пропорциональна гдео)- 7,5-10 1/с - кругова  частота обращени  электронов в кольце; 6 0,5 см - начальна  величина эксцентриситета (смещение 52 мгновенной орбит;ы относительно круговой). Следовательно, примерно за врем  НС амплитуда нарастает до требуемой величины, т.р. сгустюк может .быть заброшенным в магнитоэкранированный канал. Оценки показывают, что требовани  на длительность фронта и на. величину тока в витке манипул тора довольно жесткие (длительность фронта (I-2) величина тока в витке I U2 кА), но технически реализуемы .Величина магнитргой индукции ве- . дутцего магнитного пол  в конце этапа сжати  составл ет 1,4 Тл, и поэтому применение напштных материалов дл  изготовлени  магнитоэкранированного канала нецелесообразно. Выполнить канал можно по типу инфлектора коллективного ускорител  т желых ионов. Отличаетс  от него канал только геометрическими размерами. Таким образом, плотный кольцевой сгусток электронов преобразуют в линейный за счет возбуждени  в области под выводным каналом целого резонанса , причем возбуждение происходит ударно за единицы наносекунд. Кольцева  форма пучка, трансформи-. ру сь в спиральную, попадает в магнитоэкранированный канал и преобразуетс  в линейную. Длительность выведенного пучка составл ет (0,8-1,0) НС, а радиус поперечного сечени  соответственно 0,4 см. На М1таени параметры пучка следующие: энерги , мэВ 17 Амплитуда тока в импульсе, кА.с 1-2 Длительность тока, нм хО,8-1 Такой сгусток удоблее (по сравнению с кольцом) транспортировать на мигаень. Дл  рассматриваемых параметов уменьшение поперечных размеров а мишени по сравнению с базовым бъектом (прототипом) очевидно и сосавл ет величину пор дка отношени  иаметра кольца до преобразовани  ормы к малому поперечному его сечеию . В рассмотренном случае оно оставл ет 20 раз.

Claims (2)

1. Способ формирования сильноточных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона, включающий инжекцию пучка в мягкофокусирующее ведущее магнитное поле перпендикулярно направлению магнитных силовых линий, формирование электронного кольца, увеличение энергии вращательного движения е нем путем увеличения амплитуды ведущего магнитного поля, последующее перемещение кольца под действием неоднородного магнитного поля, его преобразование в прямолинейный пучок под действием отклоняющего азимутально-неоднородного поля, и вывод через область, экранированную от магнитного поля, отличаю щийся тем, что, с целью повышения плотности пучка, отклоняющее азимутально—неоднородное поле возбуждают импульсно в виде первой азимутальной гармоники,при этом возбуждение этого поля осуществляют в момент обращения показателя спада ведущего магнитного поля в ноль.

2. Устройство формирования силь— точных ультрарелятивистских пучков электронов субнаносекундного диапазона, содержащее линейный индукционный ускоритель, на выходе которого установлены аксиально—симметричные катушки и магнитоэкранированный канал, отличающееся тем, что, с целью повышения плотности пучка, в него введен подключенный к импульсному источнику питания магнитный манипулятор, выполненный в виде плоского секционированного витка, ось которого смещена от осн аксиально-симметричных магнитных катушек, при этом число секций в витке не меньше трех, каждая из них соединена с импульсным источником питания коаксиальной линией передачи, все линии’ передачи имеют равную длину, их выходы .через секции витка соединены последовательно, а подключенные к импульсному источнику питания входы соединены параллельно, и плоскость расположения витка манипулятора совмещена с плоскостью расположения магнитоэкранированного канала.