Главная > СВЧ, ультразвук, аккустика > Техника сверхвысоких частот. Том 2
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

21.6. ФОКУСИРОВКА СО ЗНАКОПЕРЕМЕННЫМ ГРАДИЕНТОМ

В электронном и протонном синхротронах радиальная и осевая устойчивость создаются за счет спадання магнитной индукции с радиусом. Восстанавливающие силы ограничены условием устойчивости где

Восстанавливающие силы приводят к устойчивым бетатронным колебаниям [245], амплитуда которых обусловлена отклонениями от равновесной орбиты, вызванными распределением частиц по

углам и энергиям в инжектируемом пучке, рассеянием на остаточном газе, погрешностями в значениях магнитного поля и частоты. Частоты осевых и радиальных колебаний выражаются через частоту обращения следующим образом:

Соответствующие амплитуды всегда обратно пропорциональны этим частотам колебаний при данном угловом отклонении. Поэтому апертура, необходимая для отладки одного из двух видов колебаний, может быть уменьшена за счет другого вида; минимальная апертура для обоих видов получается при

Было показано [33], что фокусирующие силы могут быть значительно увеличены, если изменять с азимутом. Если круговая орбита состоит из N секторов равной длины, то наилучшие результаты получаются в том случае, если N велико и секторы имеют равные и противоположно направленные градиенты. В центре области устойчивости

и эффективные частоты бетатронных колебаний

где тригонометрическая функция Например, если то осевой и радиальный размеры камеры составляют соответственно 1/24 и 1/20 от их значений в соответствующем синхротроне с постоянным Такое распределение, при котором градиент магнитного поля попеременно имеет то большое положительное, то большое отрицательное значение, получило название сильной фокусировки, или фокусировки с переменным градиентом [247].

Хотя Блюит [15] предложил сильную фокусировку для линейного ускорителя, но наибольшее внимание [49, 50, 90, 91, 104] было обращено на возможность ее использования в протонном синхротроне, так как небольшое уменьшение размера камеры такого ускорителя ведет к значительному снижению размеров и веса магнита. Были построены ускорители с сильной фокусировкой на энергии до Поперечное сечение магнита типичной конструкции показано на рис. 21.13, в, на котором пунктирной линией показаны контуры полюсов магнита следующей секции, в которой градиент магнитной индукции направлен в обратную сторону. Общий вес магнитов порядка инжекция осуществляется с помощью линейного ускорителя на и общая длина ускорителя по окружности равна Разработаны проекты ускорителей на энергии до [113, 114, 115, 180].

Было показано теоретически [157] и подтверждено на практике [30, 75], что фокусировка со знакопеременным градиентом имеет существенные преимущества в ускорителях с постоянным полем. В конструкциях с радиальными секторами сильная фокусировка

достигается за счет того, что поля в фокусирующем и дефокусирующем магнитах меняются одинаковым образом, но имеют разные знаки. Поскольку орбита в области магнита с обратным направлением поля изгибается наружу, то размеры таких ускорителей значительно больше, чем у обычного синхротрона с сильной фокусировкой. Этот недостаток устранен в спирально-секторном ускорителе, в котором магнитное поле является суперпозицией поля, нарастающего с радиусом и независящего от азимута, и поля, нарастающего с радиусом и периодического по азимуту. Гребни (максимумы) и впадины (минимумы) периодического поля чередуются по спирали, раскручивающейся под малым углом к орбите. Частица, проходящая гребни под малым углом, подвергается сильной фокусировке. Так как магнитное поле постоянно, то частота импульсов пучка определяется только частотой повторения высокочастотных циклов и поэтому интенсивность высока. Этот способ может быть использован в синхротронах [174, 231], бетатронах и циклотронах [116, 117, 234, 251].

По мере строительства ускорителей на все большие и большие энергии их пригодность все более ограничивается тем фактом, что энергия, необходимая для создания новых частиц, измеряется в системе центра масс мишени и бомбардирующей частицы. В релятивистском пределе эта энергия растет только как корень квадратный из энергии частиц на выходе ускорителя. Однако если бы удалось обеспечить столкновения двух частиц с одинаковыми энергиями, движущихся навстречу, то общая энергия в два раза превышала бы энергию одной частицы. Например, столкновение двух протонов с энергиями создает в системе центра масс энергию, эквивалентную образуемой частицей с энергией в случае покоющейся мишени. Для достаточного взаимодействия требуются высокие плотности пучков, а для этого нужен набор последовательных импульсов частиц высокой энергии.

Из-за высокой интенсивности ускорителей с сильной фокусировкой идея встречных пучков приобрела практический интерес. Такой ускоритель состоял бы, например, из двух циклических, расположенных таким образом, что орбиты двух пучков имели бы общий сегмент на радиусе, соответствующем высоким энергиям. При такой конструкции орбиты, соответствующие высоким энергиям, претерпевают возмущения со стороны поля другого ускорителя, и поэтому требуется очень тонкая настройка, чтобы избежать неустойчивости бетатронных колебаний. Эту трудность преодолел О Нейл [124], который предложил использовать две кольцевые накопительные камеры в одном ускорителе. Выходящий из ускорителя после каждого цикла пучок фокусируется и отклоняется магнитной системой так, что он по очереди попадает в обе камеры. Эти камеры соприкасаются так, что происходит столкновение двух пучков, и в данном случае сложная техника требуется только для управления процессами разделения и инжекции частиц. Окава [120] рассмотрел систему со встречными пучками, в которой оба пучка вращаются в разные

стороны в одном ускорителе. Этот ускоритель представляет существенное видоизменение радиально-секторного ускорителя с сильной фокусировкой, в котором магнитное поле создается равным числом магнитов, магнитные поля которых равны по величине и противоположны по направлению. Частицы могут ускоряться в обоих направлениях высокочастотным полем в резонаторе и быть сгруппированы при любой требуемой энергии.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление