ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ
INDUCTION ACCELERATOR

Изобретение относится к области ядерной физики, а именно к приборам с магнитными управляющими элементами для ускорения и фокусировки заряженных частиц, и предназначено для получения потока электронов больших энергий.
Из уровня техники известен электронный магнитный спектрометр (RU 2338295, МПК H01J 49/48, опубл. 10.11.2008), содержащий вакуумную камеру, энергоанализатор в виде круговых электрических контуров, щелевую диафрагму и детектор электронов. При этом электрические контуры энергоанализатора выполнены с возможностью создания в вакуумной камере магнитного поля, зависящего от радиуса орбиты электронов. Недостатком конструкции прибора является отсутствие возможности ускорения электронов в процессе их движения внутри вакуумной камеры.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является ускоритель заряженных частиц (RU 2531808, МПК H01J 21/18, H01J 33/00, G21K 1/00), опубл. 27.10.2014), содержащий вакуумную камеру с размещенными в ней источником заряженных частиц и мишенью, систему, создающую переменное магнитное поле. При этом вакуумная камера имеет форму участка кольцевой трубы, на торцах которого находятся источник заряженных частиц и мишень, система, создающая переменное магнитное поле, выполнена в виде электрических контуров, соединенных с высокочастотным генератором переменного тока, с возможностью получения фокусирующего и одновременно ускоряющего переменного магнитного поля, зависящего от радиуса орбиты заряженных частиц.
Укажем следующие значительные недостатки прототипа:
- радиальные магнитные силы, действующие на катушки с током, ограничивают величину создаваемого магнитного поля и, как следствие, достижимую энергию ускорения;
- нерационально обеспечивать указанную конфигурацию поля вдоль всей траектории по окружности радиуса, поскольку генерация, ускорение и фокусировка осуществляются в области поля, ограниченной аксиальным углом, составляющим ~π/≈127°;
- катушки с током, создающие магнитное поле, обладают значительной индуктивностью, что затрудняет получение высокочастотных полей;
- обеспечение точного позиционирования катушек с током для выполнения бетатронного условия требует использования прецизионных механизмов и сложной системы управления.
Целью заявленного изобретения является увеличение энергии ускорения заряженных частиц с одновременным повышением технологичности конструкции устройства путем оптимизации системы, создающей переменное магнитное поле.
Поставленная цель решена за счет того, что индукционный ускоритель содержит вакуумную камеру, выполненную в виде участка кольцевой трубы, с размещенными в ней источником заряженных частиц и мишенью, а также систему, создающую переменное магнитное поле и обеспечивающую выполнение бетатронного условия, при этом упомянутая система выполнена в виде токопроводящих цилиндров параболической формы. Токопроводящие цилиндры могут быть многослойными - набранными из тонких токопроводящих лент, отделенных друг от друга слоями изолятора.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой совокупностью конструктивных признаков, является значительное снижение индуктивности токопроводящих цилиндров, а также сил, действующих на них, и потерь от вихревых токов, что в целом упрощает задачу получения высокочастотных магнитных полей в устройстве.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид устройства сверху, на фиг. 2 - разрез по линии Α-A на фиг. 1.
Индукционный ускоритель содержит вакуумную камеру 1, выполненную в виде участка кольцевой трубы с рабочим объемом, ограниченным аксиальным углом ~π/. В камере размещены источник заряженных частиц 2 и мишень 3. Источник заряженных частиц выполнен в виде соосных цилиндров с кромками в виде лезвий, а система, создающая переменное магнитное поле и обеспечивающая выполнение бетатронного условия, представляет собой токопроводящие цилиндры 4, 5 и 6 параболической формы. Как было указано выше, токопроводящие цилиндры могут быть выполнены многослойными, например набранными из тонких токопроводящих лент, отделенных друг от друга слоями изолятора.
Индукционный ускоритель работает следующим образом.
~α
При прохождении высокочастотного тока через систему, создающую переменное магнитное поле, токопроводящие цилиндры 4 и 5 в рабочей области вакуумной камеры 1, ограниченной аксиальным углом ~π/≈127°, обеспечивают создание фокусирующего магнитного поля, спадающего пропорционально расстоянию ρ по закону В~ρ, где α=0,67÷0,75, a токопроводящим цилиндром 6 создается магнитное поле, обеспечивающее выполнение бетатронного условия. Электрическое поле, индуцированное возрастающим магнитным полем, порождает эмиссию заряженных частиц с кромок соосных цилиндров источника 2 и ускорение потока заряженных частиц в процессе движения до мишени 3. Устройство осуществляет генерацию и импульсное ускорение и фокусировку потока заряженных частиц 7 на мишени 3 в интервалы времени, соответствующие возрастанию магнитного поля.
Изобретение позволяет, по сравнению с прототипом, на порядок увеличить амплитудное значение величины магнитного поля до 10 Τ и, как следствие, значительно увеличить энергию ускорения частиц.