SU1418936A1 - Устройство дл формировани пол облучени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к ускорительной технике. Устройство дл  фор мировани  пол  облу-чени  содерж-ит not- следовательно расположенные ускоритель 1 зар женных частиц, фокусирую™ щие элементы 2, магнитную поворотную ахроматическую систему 3, включающую поворотные магниты 4 и импульсные кк друпольные линзы 5 и 6, градиенты пол  которых равны по величине и противоположны по знаку и расположенные таким обргазом, что в месте размещени  хот  бы одной из них поперечна  Перси  отлична от нул , импульсный отклон ющий магнит (ИОМ) 7, линзы В, мишень 9, облучаемый объект 10 и детектор 11 излучени . При этом угол отклонени  ИОМ 7 соответствует выражению , приведенному в описании изобретени . Устройство имеет стабильные параметры пучка на объекте за счет устранени  вли ни  разброса по энергии . I з.п. ф-лы, 2 ил. СО

Description

00 со со

05

7

Изобретение относитс  к ускорительной технике, в частности к устройст-, вам дл  формировани  пол  облучени  со сканированием пучка, примен емым на выходе ускорителей зар женных частиц . .

Целью изобретени   вл етс  повыше мие стабильности параметров пучка на объекте облучени  за счет устранени  вли ни  разброса по энергии.

На фиг.1 схематически изображено устройство дл  формировани  пол  облучени ; на фиг.2 проводка пучка и ход дисперсионной траектории.

Устройство (фиг.1) содержит после довательно расположенные ускоритель 1 зар женных частиц , фокусирующие элементы 2, магнитную поворотную ахроматическук систему 3, включающую поворотные магниты 4, две импульсные квадрупольные линзы 5 и 6, импульсный отклон ющий магнит 7, линзу 8, мишень 9, облучаемый объект 10 и детектор I1 излучени .

Устройство работает следующим образом .

От ускорител  1 пучок элек тронов поступает на вход ахроматической поворотной системы 3, в которой на двух локальных участках возбуждают квадру польные магнитные пол . Эти пол  формируют квадрупольными линзами 5 и 6. |Ахроматическа  поворотна  система может одновременно выполн ть и функ- цию поперечной фокусировки пучка.

Дл  того, чтобы на выходе магнита отсутствовала линейна  D ,gj,,, и углова  D,e, дисперсии, необходимо, чтобы на входе в магнит 7 дисперси  и ее производна  мен лись по закону

DIBX Р (1-COS ц ),

D

(1)

1вх -sint,

где If- угол отклонени  агнита 7.

Мнима  точка пересечени  дисперсной траектории с осевой траекторией отстоит от входа в отклон ющий магнит на рассто ние р- sin у /2, где р.- радиус поворота.

Длина осевой траектории в отклон ющем магните равна Дл  магнита с пр моугольной формой полюса Р- const. Поэтому положение мнимой точки пересечени  дисперсной траектории с осевой траекторией совпадает с центром отклон ющего магнита с пр моугольной формой полюсов.

Услови  (I), отнесенные к центру магнита, примут вид

(2)

Оц,„ О;

Оц.м -sin f

При его выполнении на выходе отклон ющего магнита отсутствует линейна  и углова  дисперсии

Ахромати 1на  поворотна  система, в которой возбуждают на локальных участках квадрупольные пол , как раз и обеспечивает изменени  линейной и угловой дисперсии согласно условию (2).

Вли ние квадрупольной линзы 6 (в приближении тонкой линзы) на изменение линейной dD и угловой дисперсии AT) в центре отклон ющего магнита записываетс  следующим образом;

OJ

4D(Q,) -a,,--D(Q,);

4D (Q,) ),

где a ji коэффициенты матрицы перехода (синусна  траектори  а и ее производна  а) сгг , точки расположени  квадрупольной линзы Q до центра отклон ющего дипольного магнита;

D(Q) - дисперси  в точке расположени  квадрупольной линзы,6, м;

1 - эффективна  длина линзы, м;

U,. (-) - --)

ЙР dX

- безразмерный параметр линзы,(положительному градиенту дЬ /8Х соответствует фок у сировка в плоскости поворота), характеризующий ее оптическую силу.

Если линза 6 установлена так, что набег фазы радиальных колебаний равен 1 , то коэффициенты матрицы перехода л и   принимают вид

11

0; а

11

1/а„ ,

где а, - коэффициент линейного увеличени  матрицы перехода. Следовательно, включение одной лич зы достаточно, чтобы удовлетворить условно (2). Изменение градиента в.

3141

линзе (или ее оптической силы) при этом должно удовлетвор ть соотношеник

i- -D(Q,) -sint,

н

Но линза 6 возмущает поперечное

движение (в радиальной и вертикальной плоскост х) моноэнергетического пучка что приводит к изменению поперечного размера пучка на облучаемом объекте, Чтобы устранить этот эффект, в ахрома тическую систему введена еще одна квадрупольна  линза 5, градиент в ко торой имеет другой знак. Если матрица перехода между линзами по вертикали и горизонтали имеет минус единичное преобразование

-1

О

О

то возмущение, вносимое первой линзой (по ходу пучка) на моноэнергетический пучок полностью устран етс  второй линзой. То есть возмущение поперечног го движени  моноэнергетического пучка будет только между линзами 5 и 6. Вли ние квадрупольной линзы 5 на изменение дисперсии Dj и ее производной 4 П в центре отклон ющего магнита запишетс 

AD

f - О; Щ

Т D(Qi),

где D(Qj) - поперечна  дисперси  в

линзе 5.

Закон изменени  градиента в линзах 5 и 6 в зависимости от угла if отклонени  частиц в импульсном магните, при котором отсутствует сепараци  частиц после импульсного магнита, примет вид

-sin If « D(Q,) + D(Q)J

При малых углах отклонени  в ди-. польном магните ( tf 25)

sin I/ О: « 2; -s- ) Вр

где В., - поле в дипольном магните.

Т

А

1« эффективна  длина дипольного

магнита, MJ Вр - магнитна  жесткость частиц.

Тд.м.

40

45

50

55

(Q,)

-t- D(Q).

936

С.чедовзтел1)НГ1, величина пол  в магните линейно св зана с градиентом пол  в линзах

5 Вд,1л; 1л ,г

Bf В. йХ

Электромагнитные параметры линз и отклон ющего магнита можно подо Q брать так, чтобы их обмотки запитать от одного источника.

Параметры элементов поворотной ахроматической системы (кол1тчество магнитов, рассто ние между ними,

15 углы скосов в магнитах) выбраны так, что матрица перехода ахроматической системы как в радиальной, так и вертикальной njjocKOCTHX, имеет единичное преобразование. Это сделано

0 исключительно с целью .п .гчшего по снени  предлагаемого изобретени . То есть параметры пучка на входе в ахроматическую систему точно такие же, как и на выходе.

25 Квадрупольна  линза 6 расположена на участке, где дисперси  D(Q ) равна нулю. Линза 5 расположена на участке, где D(Q) 40 см. Между линзами 5 и 6 матрица перехода по вертикали и горит

30 зонтали имеет минус единичное преобразование . Набег фазы радиальных колебаний между линзой 6 и центром отклон ющего магнита 7 равен (U/xiT.

На фиг.2 показана проводка пучка и ход дисперсной траектории дл  трех значений углов отклонени  частиц в отклон ющем магните 7 ( 1 20, Ч/ О , -20 ). Во всех режимах на выходе магнита 7 дисперси  отсутствует . При сканировании (фиг.2) огибающие пучка измен ютс  только на участке между линзами 5 и 6. Поперечный размер пучка на мшиени 9 (облучаемом объекте) не зависит от разброса частиц по импульсам и сохран ет свое

35

значение при различных углах отклонени  частиц в дипольном магните.

Форм у л а изобретени 

1. Устройство дл  формировани  пол  облучени , содержащее последовательно расположенные магнитную поворотную ахроматическую систему и импульсный отклон ющий магнит, отличающеес  тем, что, с целью повьппени  стабильности параметров пучка на объекте облучени  за счет устранени  вли ни  разброса по энергии, в

51Д189

магнчтн т) гювпротную ахроматическую систему введены две ит-шульсные квадру- польные линзы, грлд1,еиты nojin и которых равны по величине и противополож ны по  наку и расположенные так, что в месте размещени  хот  бы одной из них поперечна  дисперси  отлична от нул , а матрица перехода S между центрами линз имеет вид

10

О

при этом ближайша  к импульсному отклон ющему магниту квадрупольна  линза расположена в софокусной точке, центра этого магнита, а угол отклонени  ( импульсного отклон ющего магнита удовлетвор ет выражению

Claims (1)

1. l arcsin 5l-.)-i5lQ- l)l в-у 9 Х а ,, J

   где 1 - эффективна  длина квадрутюль- ной линзь, м;

   D(Qi). . .

   D(Q,j) - дисперси  в местах расположени  импульсных квадрупольных линз О и Q, м;

   11

   магнитна  жесткость частиц пучка, Тд- м;

   коэффициент увеличени  матри цы перехода от центра квадру польной линзы, ближайшей к импульсному отклон ющему маг ниту, до центра этого магнита;

   В,/

   градиент пол  в импульсных квадрупольных линзах.

   Т./м.

   2, Устройство по п,1, о т л и чающеес  тем, что импульсные квадрупольные линзы и импульсный отклон ющий магнит последовательно подключены к одному источнику питани , а параметры магнитного пол  в этих элементах удовлетвор ют соотношению

   5

   В.Л Ш/в (I) const,

   дх

   где 5В (1)/ЙХ

   Л

   VI)

   -градиент магнитного пол  в линзах, Тд/м;

   -магнитное поле в импульсном отклон ющем

   л

   магните, Т

   I - ток от источника пи тани , А.