SU1600007A2 - Method of focusing and accelerating charged particles - Google Patents

Method of focusing and accelerating charged particles Download PDF

Info

Publication number
SU1600007A2
SU1600007A2 SU874228444A SU4228444A SU1600007A2 SU 1600007 A2 SU1600007 A2 SU 1600007A2 SU 874228444 A SU874228444 A SU 874228444A SU 4228444 A SU4228444 A SU 4228444A SU 1600007 A2 SU1600007 A2 SU 1600007A2
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
focusing
particles
intensity
same
accelerated
Prior art date
Application number
SU874228444A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эдуард Сергеевич Масунов
Original Assignee
Московский Инженерно-Физический Институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский Инженерно-Физический Институт filed Critical Московский Инженерно-Физический Институт
Priority to SU874228444A priority Critical patent/SU1600007A2/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1600007A2 publication Critical patent/SU1600007A2/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к ускорительной технике и может быть использовано в линейных ускорител х с высоким темпом ускорени  и большой интенсивностью пучка. Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности фазовой и поперечной фокусировки при одновременном увеличении интенсивности ускоренного пучка, что достигаетс  одновременным инжектированием в одну и ту же область разноименно зар женных пучков с определенными параметрами. При этом в способе не существует ограничений на интенсивность, св занных с полем пространственного зар да. Предельна  интенсивность пучка будет определ тьс  коллективными эффектами нагрузки током, которые необходимо принимать в расчет, когда мощность ускоренного пучка будет сравнима с мощностью ВЧ-генератора.The invention relates to accelerator technology and can be used in linear accelerators with a high acceleration rate and high beam intensity. The aim of the invention is to increase the efficiency of phase and transverse focusing while simultaneously increasing the intensity of the accelerated beam, which is achieved by simultaneously injecting differently charged beams with certain parameters into the same region. Moreover, in the method there are no restrictions on the intensity associated with the space charge field. The limiting beam intensity will be determined by the collective effects of current loading, which must be taken into account when the power of the accelerated beam is comparable to the power of the RF generator.

Description

(.61)1S58115(.61) 1S58115

(21)4228444/24-21(21) 4228444 / 24-21

(22)13.04.87(22) 04/13/87

(46)15.10.90. Бюл. № 38(46) 15.10.90. Bul Number 38

(71)Московский инженерно-физический институт(71) Moscow Engineering Physics Institute

(72)Э.С. Масунов(72) E.C. Masunov

(53)621.384.6(088.8)(53) 621.384.6 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1358115, кл. Н 05 Н 9/00, 1986.(56) USSR Copyright Certificate No. 1358115, cl. H 05 H 9/00, 1986.

(54)СПОСОБ ФОКУСИРОВКИ И УСКОРЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ(54) METHOD FOR FOCUSING AND ACCELERATION OF CHARGED PARTICLES

(57)Изобретение относитс  к ускори- . тельной технике и может быть использовано в линейных ускорител х с высоким темпом ускорени  и большой интенсивностью пучка. Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности фазовой и поперечной фокусировки при одновременном увеличении интенсивнос- ти ускоренного пучка, что достигаетс  одновременным инжектированием в одну и ту же область разноименно зар женных пучков с определенными параметрами . При этом в способе не существует ограничений на интенсивность, св занных с полем пространственного зар да . Предельна  интенсивность пучка будет определ тьс  коллективньми эффектами нагрузки током, которые необходимо принимать в расчет, когда мощность ускоренного пучка будет сравнима с мощностью ВЧ-генератора.(57) The invention relates to accelerated. This technology can be used in linear accelerators with a high acceleration rate and high beam intensity. The aim of the invention is to increase the efficiency of phase and transverse focusing while simultaneously increasing the intensity of the accelerated beam, which is achieved by simultaneously injecting differently charged beams with certain parameters into the same area. Moreover, in the method there are no restrictions on the intensity associated with the space charge field. The ultimate beam intensity will be determined by the collective effects of the load current, which must be taken into account when the power of the accelerated beam is comparable to the power of the RF generator.

SS

Изобретение относитс  к ускорительной технике и может быть использовано при разработке линейных ускорителей с высоким темпом ускорени  и большой интенсивностью пучка.The invention relates to accelerator technology and can be used in the development of linear accelerators with a high acceleration rate and high beam intensity.

Целью изобретени   вл етс  повьше- ние эффективности фазовой и поперечной фокусировки при одновременном увеличении интенсивности ускоренного пучка.The aim of the invention is to increase the efficiency of phase and transverse focusing while simultaneously increasing the intensity of the accelerated beam.

Поставленна  цель достигаетс  благодар  тому, что известный способ ускорени  и фокусировки зар женньпс частиц имеет одну важную особенность - изменение скорости частицы в среднем за врем  пролета одного периода маг- нитостатического пол  ТУ „пропорционально ()2, где Z - эар дность частицы; .М - рел тивистска  масса частицы . Поэтому, если инжектировать одновременно в одну и ту же область This goal is achieved due to the fact that the known method of accelerating and focusing particle charges has one important feature — the change in the particle velocity on average during the transit time of a single period of the TU magnetostatic field is proportional to () 2, where Z is the particle backwardness; .M - relativistic particle mass. Therefore, if you inject simultaneously into the same area

ускор ющего канала разноименно зар женные пучки, состо щие из частиц с одинаковыми начальными скорост ми, и с одинаковом отношением Z/M, то характер усредненного на периоде движени  дл  положительных и отрицательных зар дов будет одним и тем же. Группировка непрерьшных пучков дл  разноименных зар дов при любом законе изменени  амплитуд магнитостати- ческого и электромагнитного полей будет Проходить одинаковым образом, если пучки с одинаковыми начальными эмиттансами инжектируютс  в одну и ту же область ускор ющего канала. Сгустки из положительных и отрицательных зар дов зар дов сливаютс  в один, ко- горьй может оказатьс  квазинейтральным если величина тока пучка с положительным зар дом (1) примерно равна величине тока (I-) пучка с отрицательным зар дом.Since the accelerating channel is oppositely charged beams consisting of particles with the same initial velocities and with the same Z / M ratio, the character of the averaged motion over the period for positive and negative charges will be the same. The grouping of continuous beams for opposite charges with any law of variation of the amplitudes of the magnetostatic and electromagnetic fields will pass in the same way if beams with the same initial emittances are injected into the same region of the accelerating channel. Clots of positive and negative charges of a charge are merged into one, which may turn out to be quasi-neutral if the magnitude of a beam current with a positive charge (1) is approximately equal to the magnitude of the current (I-) of a beam with a negative charge.

аbut

кto

Сила кулоновского расталкивани  .определ етс  разностью ме оду зар довой плотностью положительных и отрицательных частиц, и всегда будет мень ше, чем дл  каждого из пучков в отдельности . При равенстве (1+)(1-) ускор емый сгусток будет в целом нейт- ральным и силы кулоновского расталки- ;вани  без учета мультипольных коллек- тинных эффектов можно вообще не принимать в расчет. Это  вл етс  одним из важных преимуществ предлагаемого способа ускорени  и фокусировки по сравнению с ускорением в ВЧ-поле волны . Так, в структуре с пространственно однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ) или в структуре типа Альварецал разноименно зар женныеThe Coulomb repulsion force is determined by the difference in the charge density of positive and negative particles, and will always be less than for each of the beams separately. In case of equality (1 +) (1-), the accelerated clot will be generally neutral and the Coulomb repulsive forces; without taking into account multipolar collective effects, it is possible not to take into account at all. This is one of the important advantages of the proposed method of acceleration and focusing in comparison with the acceleration in the RF field of the wave. So, in a structure with spatially homogeneous quadrupole focusing (POKF) or in a structure of the Alvarezital type, oppositely charged

I I

30thirty

пучки группируютс  около разных сии- 2Q хронных фаз (Ц 5 (9 поэтому сгустки с положительным и отрицат€ ль- ным зар дом разнесены в пространстве. Компенсаци  пространственного зар да в этом случае отсутствует, и величина 25 силы кулоновского расталкивани  будет такой же, как и дл  одного пучка.bundles are grouped around different syi- 2Q chronic phases (q 5 (9 therefore clots with positive and negative charge) are spaced apart. Spatial charge compensation in this case is absent, and the magnitude 25 of the Coulomb repulsion will be the same as and for one bundle.

По предлагаемому способу из режима ,ускорени  и фокусировки могут выходить только нейтральные частицы, ко- .торые образуютс  при условии по влени  св занного состо ни  между частицами (ионами) разного знака. Однако такие событи  маловеро тны из-за большой относительной скорости частиц. Действительно, дл  каждой частицы сгу-35 стка траектори  представл ет собой налойсение медленно мен ющейс  функции и быстрых осцилл ции в.периодическом магнитостатическом и в ВЧ-пол х. Дл  разноименно зар женных частиц при .одинаковых начальных услови х мерден- но мен ющиес  траектории совпадают, а скорости быстрых осцилл ции противоположны по знаку и поэтому всегда относительно велики.According to the proposed method, only neutral particles can emerge from the mode, acceleration and focusing, which form under the condition of the appearance of a bound state between particles (ions) of different signs. However, such events are unlikely because of the large relative velocity of the particles. Indeed, for each particle of a cpu-35, the trajectory is a collection of a slowly varying function and fast oscillations of the periodic magnetostatic and in the high-frequency fields. For oppositely charged particles under identical initial conditions, the mutually varying trajectories coincide, and the speeds of fast oscillations are opposite in sign and therefore always relatively large.

В качестве примера реализации предлагаемого способа фокусировки и ускорени  зар женных частиц рассмотрим простейший случай ускорени  ионов водорода в поле ТЕМ-волны, создаваемом 50 двухпроводной линией, и в периодическом . В пространстве магнитостатическом поле, которое можно получить с помощью плоского магнитного ондул тора. Если плоскость, в которой расположена двух-55 проводна  лини ,  вл етс  плоскостью антисимметрии по магнитному полю ВрAs an example of the implementation of the proposed method of focusing and accelerating charged particles, let us consider the simplest case of acceleration of hydrogen ions in the field of a TEM wave generated by a 50 two-wire line, and in a periodic one. In space, a magnetostatic field, which can be obtained with a flat magnetic undulator. If the plane in which the two-55 wire line is located is the antisymmetry plane along the magnetic field Bp

ондул тора, при условии, что -гг- Вд He donned a torus, provided that

4545

д на оси системы, где Е - амплитуда поперечной компоненты ТЕМ-волны , зар женные частицы будут фокусироватьс  и ускор тьс , если начальна d on the axis of the system, where E is the amplitude of the transverse component of the TEM wave, the charged particles will be focused and accelerated if the initial

АО AO

30thirty

Q 5 Q 5

35 о50 ю -55 35 о50 ю -55

скорость инжекции VJ С гдеinjection speed VJ C where

. 6 - длина ТЕМ-волны, С - скорость. 6 - TEM-wavelength, C - speed

, . 9В, , 9B,

света. Второе условие г 1 д рл d tSveta. The second condition is g 1 d pl d t

-; на оси вьшолн етс  автоматически . При Л в .3 м; 0,045 м имеем V 1,5-102 -с, что соответствует энергии инжекции W 100 кэВ. Если Еа 90 кэВ/см, величина BQ 2 Т, а максимальный темп ускорени  л,1 45мэВ/м. Предельный по кулоновскому полю ток пучка Ippea-200-300 мА. Если инжектировать вдоль оси отдельно пучок ионов Н или н с током, например, I 1 А, то из-за кулоновской дефокусировки больша  часть частиц в процессе ускорени  будет потер на. Если же к месту инжекции подвести и инжектировать одновременно два пучка H и Н с одинаковыми или близкими начальными параметрами и с (I ) е; (I ) ,-; on the axis is done automatically. At L in. 3 m; 0.045 m, we have V 1,5-102-s, which corresponds to the injection energy W 100 keV. If Ea is 90 keV / cm, the magnitude is BQ 2 T, and the maximum acceleration rate is l, 1 45 meV / m. The beam current Ippea-200-300 mA limiting in the Coulomb field. If a beam of H or H ions is injected along the axis separately with a current, for example, I 1 A, then due to the Coulomb defocusing, most of the particles will be lost in the acceleration process. If, however, two beams H and H with the same or similar initial parameters and with (I) e are simultaneously brought and injected to the injection site; (I)

4545

то в ускор ющем канале будут формироватьс  и ускор тьс  квазинейтральные сгустки. Кулоновска  дефокусировка будет практически сведена к нулю. Эту же задачу можно еще более упростить,если вместо двух одинаковых ионных источников Н и Н вз ть один источник Н с (1) 2. А, а на входе в ускор ющий канал установить обдирочную мишень с эффективностью пере-, зар дки Н в Н 50%. Тогда также, как и раньше, будут ускор тьс  без потерь квазинейтральные сгустки. Если на выходе ускорител  необходимо иметь только, частицы одного знака (например , ионы Н ), то это легко сделать, установив в конце ускорител  перезар дную мишень, с помощью которой оставшуюс  часть ионов Н можно перевести в Н .then quasi-neutral clots will form and accelerate in the acceleration channel. Coulomb defocusing will be practically reduced to zero. The same task can be further simplified if, instead of two identical ionic sources H and H, take one source H s (1) 2. A, and at the entrance to the accelerating channel, set a stripping target with over-charge efficiency H in H 50%. Then, as before, quasi-neutral bunches will accelerate without loss. If at the output of the accelerator it is necessary to have only particles of the same sign (for example, H ions), this is easy to do by setting a recharging target at the end of the accelerator, with the help of which the remaining part of H ions can be converted to H.

Таким образом, по предлагаемому способу ускорени  и фокусировки практически не существует ограничений на интенсивность, св занных с полем пространственного зар да. Предельна  интенсивность пучка определ етс  коллективными эффектами нагрузки током,которые необходимо принимать в расчет, когда мощность уско1зенного пучка сравнима с мощностью ВЧ-генератора.Thus, according to the proposed method of acceleration and focusing, there are practically no restrictions on the intensity associated with the field of spatial charge. The limiting beam intensity is determined by the collective effects of the load current, which must be taken into account when the power of the accelerated beam is comparable to the power of the RF generator.

51600007.651600007.6

Claims (1)

Формула изобретени инжектируют одновременно в одну и туThe claims are injected simultaneously into one and the same Способ фокусировки и ускорени же область разноименно зар женныеThe method of focusing and accelerating the same area is oppositely charged зар женных частиц по авт.св.№ 1358115,пучки, состо щие из частиц с одинакоотличающийс  тем, что,выми начальными скорост ми и с одинас целью повышени  эффективности по-ковым отношением Z/M, где Z - велиперечной и фазовой фокусировки причина зар дности частиц, М - рел тиувеличении числа ускоренных частиц,вистска  масса частиц, кг.charged particles according to aut. No. 1358115, beams consisting of particles with the same difference in that, with initial initial speeds and with the same goal of increasing efficiency, the Z / M ratio, where Z is great and the phase focusing is the cause of the charge particles, M - rela tive increase in the number of accelerated particles, Whist mass of particles, kg.
SU874228444A 1987-04-13 1987-04-13 Method of focusing and accelerating charged particles SU1600007A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874228444A SU1600007A2 (en) 1987-04-13 1987-04-13 Method of focusing and accelerating charged particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874228444A SU1600007A2 (en) 1987-04-13 1987-04-13 Method of focusing and accelerating charged particles

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU1358115 Addition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1600007A2 true SU1600007A2 (en) 1990-10-15

Family

ID=21297780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874228444A SU1600007A2 (en) 1987-04-13 1987-04-13 Method of focusing and accelerating charged particles

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1600007A2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5285166A (en) Method of extracting charged particles from accelerator, and accelerator capable of carrying out the method, by shifting particle orbit
CN100359993C (en) Charged particle accelerator
EP0426861A1 (en) Method of cooling charged particle beam
SU1600007A2 (en) Method of focusing and accelerating charged particles
JP3857096B2 (en) Charged particle beam extraction apparatus, circular accelerator, and circular accelerator system
RU2058676C1 (en) Method for cooling charge-particle beam
Kuriki et al. Beam Loading Compensation of APS Cavity with Off-Crest Acceleration in ILC e-Driven Positron Source
Raubenheimer et al. Parameters of the SLAC Next Linear Collider
Glavish Radio-frequency linear accelerators for ion implanters
US2905842A (en) Device for producing sustained magnetic self-focusing streams
Kuriki et al. A study of beam loading effect and its compensation on Alternate Periodic Structure Cavity on E-Driven ILC positron source
MacLachlan The Beam Dynamics of Slip Stacking
Drivotin et al. The choice of acceleration structure for PET-System
SU1358115A1 (en) Method of focusing and accelerating a beam of charged particles
US2970273A (en) Method of producing large circular currents
RU2092982C1 (en) Method for producing fast plasma currents
SU1508354A1 (en) Method of focusing and accelerating charged particles
SU269369A1 (en)
SU755177A1 (en) Microtron
Crandall Simultaneous Acceleration of H+ and H-in RFQ Linacs
SU343649A1 (en) DEVICE FOR THE FORMATION OF BULBS OF CHARGED PARTICLES
SU1102061A1 (en) Method of accelerating charged particles in electron rings
Karamysheva et al. Injection System of the Compact Cyclotron
SU1486036A1 (en) Method of focusing and accelerating beam of charged particles
Green Phase transition in the alternating-gradient accelerator