RU2173034C2 - Импульсная токовая линза для формирования высокоинтенсивных пучков заряженных частиц - Google Patents
Импульсная токовая линза для формирования высокоинтенсивных пучков заряженных частицInfo
- Publication number
- RU2173034C2 RU2173034C2 RU99101888A RU99101888A RU2173034C2 RU 2173034 C2 RU2173034 C2 RU 2173034C2 RU 99101888 A RU99101888 A RU 99101888A RU 99101888 A RU99101888 A RU 99101888A RU 2173034 C2 RU2173034 C2 RU 2173034C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- current
- thin
- conductor
- central
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 210000003660 Reticulum Anatomy 0.000 description 2
- 210000003491 Skin Anatomy 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 2
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003284 Horns Anatomy 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к ускорительной технике. Импульсная токовая линза состоит из коаксиально расположенных центрального прямого и внешнего обратного проводников электрического тока, причем центральный проводник выполнен либо в виде коаксиально вложенных друг в друга и электрически параллельно соединенных тонкостенных трубок, либо в виде пучка электрически параллельно соединенных тонкостенных трубок с минимальным отклонением от аксиальной симметрии. Технический результат - выполнение центрального проводника в таком виде способствует созданию импульсного токового фокусирующего элемента из достаточно легких, прочных и хорошо проводящих электрический ток материалов с квазилинейным магнитным полем. 5 ил.
Description
Изобретение относится к ускорительной технике.
Известен импульсный токовый фокусирующий элемент - горн [S. Van der Meer. A derective device for charget paticles and its use in an enhanced neutrinobeam. Preprint CERN 61-7. Geneva. 1961] (и его разновидность - параболическая линза [В.Л. Ауслендер и др. Труды IV Международной конференции по ускорителям заряженных частиц. Москва. 1964, с. 282]), состоящий из коаксиально расположенных центрального прямого и внешнего обратного проводников электрического тока, центральный проводник которого представляет собой аксиально-симметричную профилированную в продольном направлении тонкостенную оболочку переменной толщины из высокопрочных алюминиевых сплавов. Вне токовой оболочки создается магнитное поле B(r) ~1/r (внутри оболочки поле не создается), и нужное воздействие на заряженные частицы B(r)l(r)~r достигается за счет продольного профилирования оболочки l(r) ~r2, где l(r) - расстояние между входом в оболочку и выходом из нее при радиусе r. Внешний обратный проводник ограничивает поле в пространстве и является силовым каркасом.
Трудности изготовления и использования:
сложность изготовления продольно профилированной тонкостенной оболочки переменной толщины;
жесткие требования к прочностным характеристикам используемых материалов;
относительно большой ток (150 - 350 кА);
неизбежное присутствие в токовой монооболочке зауженного участка - "шейки", которая вносит основное количество вещества в пучок частиц и где сконцентрированы большие механические и температурные напряжения;
сложность охлаждения профилированной в продольном направлении оболочки, толщина которой увеличивается в области "шейки".
сложность изготовления продольно профилированной тонкостенной оболочки переменной толщины;
жесткие требования к прочностным характеристикам используемых материалов;
относительно большой ток (150 - 350 кА);
неизбежное присутствие в токовой монооболочке зауженного участка - "шейки", которая вносит основное количество вещества в пучок частиц и где сконцентрированы большие механические и температурные напряжения;
сложность охлаждения профилированной в продольном направлении оболочки, толщина которой увеличивается в области "шейки".
Известен также импульсный токовый фокусирующий элемент - литиевая линза [Г.И. Сильвестров. Проблемы получения интенсивных пучков вторичных частиц.
Труды XIII Международной конференции по ускорителям заряженных частиц. Новосибирск. 1986. т. 2, с. 258.], центральный прямой проводник которой представляет собой сплошной цилиндр из лития в тонкостенном прочном контейнере. В сплошном центральном проводнике, занимающем всю апертуру линзы, создается линейное магнитное поле -B(r)~r, которое обеспечивает фокусировку заряженных частиц при постоянной по радиусу длине центрального проводника.
Трудности изготовления и использования:
пластичность, низкая температура плавления и химическая активность лития сильно усложняют как конструкцию литиевой линзы, так и ее использование;
плотность лития (0,53 г/см3) не позволяет, исходя из допустимого уровня потерь частиц, использовать линзы длиной более 0,2 - 0,3 м, что необходимо компенсировать большим током (500 - 1000 кА);
из-за большого тока питания импульсный трансформатор и центральный проводник объединяются в единое устройство;
сильно выраженный скин-эффект (в сплошном проводнике), приводящий к дли тельному переходному процессу установления постоянной плотности тока, не позволяет использовать литиевые линзы с большой апертурой;
сложность охлаждения сплошного центрального проводника.
пластичность, низкая температура плавления и химическая активность лития сильно усложняют как конструкцию литиевой линзы, так и ее использование;
плотность лития (0,53 г/см3) не позволяет, исходя из допустимого уровня потерь частиц, использовать линзы длиной более 0,2 - 0,3 м, что необходимо компенсировать большим током (500 - 1000 кА);
из-за большого тока питания импульсный трансформатор и центральный проводник объединяются в единое устройство;
сильно выраженный скин-эффект (в сплошном проводнике), приводящий к дли тельному переходному процессу установления постоянной плотности тока, не позволяет использовать литиевые линзы с большой апертурой;
сложность охлаждения сплошного центрального проводника.
Задача, решаемая настоящим изобретением - создание импульсного токового фокусирующего элемента из достаточно легких прочных и хорошо проводящих электрический ток материалов (сходство с аналогом), но с квазилинейным магнитным полем B(r)~r (сходство с прототипом).
Импульсная токовая линза (ТЛ), состоящая из коаксиально расположенных центрального прямого и внешнего обратного проводников электрического тока, центральный проводник которой выполнен в виде коаксиально вложенных друг в друга и электрически параллельно соединенных тонкостенных трубок - токовая коаксиальная линза (ТКЛ) или в виде пучка электрически параллельно соединенных тонкостенных трубок - токовая сотовая линза (ТСЛ). В токовой коаксиальной линзе достаточно 3 - 5 трубок, частично или полностью заполняющих апертуру линзы (до внешнего проводника). В токовой сотовой линзе необходимо 7 или 19 трубок, образующих заполненную шестигранную сотовую структуру, наиболее близкую к аксиально-симметричной структуре. При этом в области трубок создается квазилинейное магнитное поле B(r)~ r. Внешний обратный проводник ограничивает поле в пространстве и является силовым каркасом.
Выполнение центрального проводника в виде коаксиально вложенных друг в друга тонкостенных трубок или в виде пучка тонкостенных трубок позволяет получить токовую линзу, обладающую следующими достоинствами:
относительная простота изготовления центрального проводника из тонкостенных трубок постоянной толщины;
мягкие требования к прочностным характеристикам используемых материалов;
малая средняя плотность вещества в апертуре линзы (менее 0,1 г/см3), что позволяет использовать токовую линзу достаточно большой длины (до 1,0-1,5 м), снижая при этом ток (до 100 - 200 кА);
в силу слоистой (металл-воздух) структуры центрального проводника и, следовательно, его большого среднего удельного сопротивления скин-эффект подавлен, что позволяет создавать токовую линзу с большими апертурами;
достаточно большое число свободных параметров (количество, длина, толщина, материал трубок), позволяющих проводить широкую оптимизацию токовой линзы и, что особенно важно, варьировать зависимость G(r) = B(r)/r и влиять на переходные процессы;
однородность и "прозрачность" структуры прямого проводника в продольном направлении, что существенно упрощает проблему охлаждения.
относительная простота изготовления центрального проводника из тонкостенных трубок постоянной толщины;
мягкие требования к прочностным характеристикам используемых материалов;
малая средняя плотность вещества в апертуре линзы (менее 0,1 г/см3), что позволяет использовать токовую линзу достаточно большой длины (до 1,0-1,5 м), снижая при этом ток (до 100 - 200 кА);
в силу слоистой (металл-воздух) структуры центрального проводника и, следовательно, его большого среднего удельного сопротивления скин-эффект подавлен, что позволяет создавать токовую линзу с большими апертурами;
достаточно большое число свободных параметров (количество, длина, толщина, материал трубок), позволяющих проводить широкую оптимизацию токовой линзы и, что особенно важно, варьировать зависимость G(r) = B(r)/r и влиять на переходные процессы;
однородность и "прозрачность" структуры прямого проводника в продольном направлении, что существенно упрощает проблему охлаждения.
На фиг. 1 изображена токовая коаксиальная линза, где 1 - центральный прямой проводник; 2 - внешний обратный проводник.
На фиг. 2 изображена токовая сотовая линза, где 1 - центральный прямой проводник; 2 - внешний обратный проводник.
На фиг. 3 изображена токовая коаксиальная линза (в разрезе), фокусирующая пучок вторичных заряженных частиц, рождающихся при взаимодействии первичных протонов с мишенью, где 1 - центральный прямой проводник; 2 - внешний обратный проводник; 3,4 - фланцы; 5 - мишень; 6 - пучок вторичных частиц.
На фиг. 4 изображен градиент G(r) = B(r)/r в кГс/см в токовой коаксиальной линзе в зависимости от радиуса r в см.
На фиг. 5 изображены токовые переходные характеристики I1(t), I2(t), I3(t) и I4(t) в кА в токовой коаксиальной линзе в зависимости от времени t в мс.
Импульсные токовые коаксиальная и сотовая линзы, изображенные на фиг. 1 и фиг. 2 соответственно, состоят из коаксиально расположенных центрального прямого проводника 1 и внешнего обратного проводника 2. Центральный прямой проводник токовой коаксиальной линзы выполнен в виде четырех коаксиально вложенных друг в друга и электрически параллельно соединенных тонкостенных трубок. Центральный прямой проводник токовой сотовой линзы выполнен в виде пучка из 19 электрически параллельно соединенных тонкостенных трубок. Трубки центрального проводника и внешний проводник токовой линзы объединяются в единую конструкцию с помощью фланцев 3, 4. Через фланцы осуществляется подвод электрического тока к проводникам, а через отверстия во фланцах - охлаждение трубок воздухом.
Токовая линза работает следующим образом: заряженные частицы, проходя через линзу под некоторыми углами к ее оси, испытывают усредненное (сглаженное) фокусирующее действие магнитного поля и частично поглощаются. Вероятность для частицы пройти через токовую линзу определяется формулой f(l) = epx(-l/ λ ), где l - длина пути частицы по веществу, λ - длина взаимодействия частицы в веществе линзы. Для π- - мезонов в алюминии λ = 50 см.
Claims (1)
- Импульсная токовая линза для формирования высокоинтенсивных пучков заряженных частиц, состоящая из коаксиально расположенных центрального прямого и внешнего обратного проводников электрического тока, отличающаяся тем, что центральный проводник выполнен в виде коаксиально вложенных друг в друга и электрически параллельно соединенных тонкостенных трубок или в виде пучка электрически параллельно соединенных тонкостенных трубок с минимальным отклонением от аксиальной симметрии.
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99101888A RU99101888A (ru) | 2001-01-10 |
| RU2173034C2 true RU2173034C2 (ru) | 2001-08-27 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467429C1 (ru) * | 2011-04-12 | 2012-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Импульсная ускорительная трубка |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СИЛЬВЕСТРОВ Г.И. Проблемы получения интенсивных пучков вторичных частиц. Труды XIII международной конференции по ускорителям заряженных частиц. -Новосибирск, 1986, т. 2 с. 258-263. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467429C1 (ru) * | 2011-04-12 | 2012-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Импульсная ускорительная трубка |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10062487B2 (en) | Strong-magnetic-focused magnet system with terahertz source | |
| CN104113314B (zh) | 一种激光触发真空开关及开关*** | |
| CN108566721A (zh) | 直线加速器和同步加速器 | |
| US4694457A (en) | Methods of steering and focusing ion and electron beams | |
| US20100141143A1 (en) | Coaxial cavity gyrotron with two electron beams | |
| RU2173034C2 (ru) | Импульсная токовая линза для формирования высокоинтенсивных пучков заряженных частиц | |
| JP2001510939A (ja) | 表面波プラズマでガスを励起する装置 | |
| JP6426155B2 (ja) | ダイヤモンドまたはダイヤモンド様炭素を利用する誘電体壁加速器 | |
| Roy et al. | A space-charge-neutralizing plasma for beam drift compression | |
| CN108831815A (zh) | 一种周期性电介质填充同轴高功率微波器件 | |
| Dugan et al. | Mechanical and electrical design of the Fermilab lithium lens and transformer system | |
| CN108807112A (zh) | 一种同轴双电介质叉指排列高功率微波器件 | |
| Song et al. | Electron trapping and acceleration in a modified elongated betatron | |
| JP4056448B2 (ja) | 複数ビーム同時加速空洞 | |
| Rubbia | Heavy-ion accelerators for inertial confinement fusion | |
| CN118175718B (zh) | 一种高束流低能碱金属离子加速器 | |
| Stetter et al. | Development of a plasma lens as a fine focusing lens for heavy-ion beams | |
| Teichert et al. | A Superconducting Photo-Injector with 3+ 1/2-Cell Cavity for the ELBE Linac | |
| CN114005716B (zh) | 带双输出口的径向三腔渡越时间振荡器及微波产生方法 | |
| Yamanoi et al. | Large horn magnets at the KEK neutrino beam line | |
| Spiller et al. | Final beam transport and the application of high current pulsed quadrupole lenses for focusing in an inertial confinement fusion test facility | |
| Antipov et al. | CW Room Temperature Accelerating Structures | |
| Haimson et al. | Use of TW output structures for high peak power RF generators | |
| Haimson | Recent advances in high voltage electron beam injectors | |
| Dallin et al. | The canadian light source: An update |