УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ПУЧКА ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ
DEVICE FOR ROTATING BEAM OF HIGH-ENERGY HEAVY IONS

Изобретение относится к области физики пучков заряженных частиц и ускорительной технике и может быть использовано для создания полого квазитрубчатого пучка тяжелых ионов высокой энергии, вращающегося вокруг продольной оси с высокой частотой. Такой пучок может применяться в экспериментах по инерционному термоядерному синтезу.
Известен способ отклонения пучка тяжелых ионов высокой энергии путем воздействия на него электрического и/или магнитного полей. В этом способе пучок проходит через пару дефлекторов, один из которых отклоняет пучок в вертикальной плоскости, а другой - в горизонтальной. При этом амплитуды и фазы отклоняющих полей должны быть согласованы так, чтобы получить требуемую траекторию вращения.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности признаков является магнитный дефлектор, в котором пучок отклоняется в горизонтальной и вертикальной плоскостях под действием переменного магнитного поля. В этом устройстве разность фаз между горизонтальным и вертикальным дефлекторами равна 90 градусам, а амплитуда поля в них - различна. Это устройство позволяет получить пучок тяжелых ионов высокой энергии, вращающийся вокруг продольной оси с частотой порядка 30-60 Гц и используемый для формирования полей облучения в области радиационной биологии и терапии [1, 2, 3]. Главным недостатком прототипа является малая частота вращения пучка, обусловленная высокой индуктивностью отклоняющих магнитов.
С целью устранения недостатка прототипа и повышения частоты вращения пучка предлагается использовать высокочастотный (ВЧ) формирователь вращающегося вокруг продольной оси пучка тяжелых ионов высокой энергии, содержащий два отдельных ВЧ дефлектора для вертикального и горизонтального отклонения ионов и систему фокусировки. Устройство поясняется на чертеже 1, где схематически показаны его основные элементы.
ВЧ дефлектор состоит из цилиндрического кожуха-резонатора 1, торцевых фланцев 2 с отверстиями для ввода и вывода пучка и нескольких пар отклоняющих пластин 3, причем радиальные опоры 4 противоположных пластин закреплены вдоль диаметрально противоположных образующих цилиндра, симметрично относительно продольной оси. Каждая отклоняющая пластина имеет корректирующие выступы 5, расположенные на краях параллельно продольной оси. Общий объем резонатора образован скрепленными вместе конструктивно независимыми секциями. При этом расстояние между центрами пластин вдоль оси резонатора выбирается равным D=V/2f, где V - скорость отклоняемых ионов, a f - рабочая частота резонатора.
Устройство работает следующим образом. В резонатор вводится высокочастотный сигнал, который возбуждает электромагнитное поле. На рабочем виде колебаний отклоняющее электрическое поле в соседних ячейках колеблется в противофазе, всегда имея встречное направление. В то же время, при выполнении резонансного условия D=V/2f время пролета ионов от одной пары пластин до другой в точности равно половине периода ВЧ колебаний. Поскольку за время пролета между ячейками направление поля изменяется на противоположное, каждая частица проходит все отклоняющие промежутки в одной и той же фазе поперечного отклоняющего поля. Таким образом, результирующее отклонение ионов пропорционально общему количеству пройденных ячеек и может достигать любой необходимой величины при выборе достаточной длины отклоняющего резонатора. Электрическое поле в соседних дефлекторах, отклоняющее ионы в горизонтальном и вертикальном направлениях, сдвинуто по фазе на 90 градусов. Поэтому после прохождения отклоняющей системы в целом пучок приобретает поперечный импульс, заставляющий его вращаться вокруг продольной оси, описывая окружность в поперечной плоскости.
Список литературы
1. Wobbler Dosimetry for the Biomedical program at the LBL Bevalac, W.Chu, M.McEvoy, M.Nyman, etc., IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. NS-32, №5, 1985.
2. Wobbler Facility for Biomedical Experiments at the Bevalac, W.T.Chu, S.B.Curis, J.Llacer, IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. NS-32, №5,1985.
3. New Heavy-ion Cancer Treatment Facility at HIMAC, K.Noda, T.Furukawa, T.Inaniwa, etc., EPAC08.