Способ накопления протонов в кольцевой магнитной периодической системе — SU 1207387 (original) (raw)

(51)4 Н 05 Н 13/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ И(22) 28.07.83 л. 1 Ф на котвоэбуждмагнит етс е ольноеперево вре. квад пола енн и .азиго по"д-го систем муталь ложени участк б- ют угловы скоки обоэначаусреднение поинтервалу времени+Й, меж"ду цикламиработы инжектора; м 11,= - 1 коэфФициентпространственного расши"рения орбит;участприведеннаяэнергия инжетируемых час,ислоков; 2, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем что величины градиентов квадрупольного поля изиеняютс отяженност го участка ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРВ 1075939, кл. Н 05 Н 13/00, 1983.(54)(57) 1. СПОСОБ НАКОПЛЕНИЯ ПРОТОНОВ В КОЛЬЦЕВОЙ ИАГНИТНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕИЕ но авт.св. В 1075939,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения количества накопленных протонов путем снижениядействия кулоновского расталкива.ния частиц в сгустках, инжекцию протонов осуществляют в течение нескольких циклов работы инжектора и налокальных участках орбиты кольцевоймагнитной периодичес 1(ой системы возбуждают магнитное поле квадрупольной конфигурации, которое сначалаувеличивают со временем, а затемуменьшают , при этом выполняется1 условие К где 4(с)= - +Ь,Ч; 1 с -1:4 6 (е) 1(мени градиентом С, Н) 3 дисперсионная функция коль-. цевой магнитной периодической системы на 1-м участке;/ постоянные коэффициенты, зависящие от структуры кольцевой магнитнойИзобретение относится к ускорительной технике, в частности к способам формирования коротких и длинных интенсивнцх сгустков протонов,и может быть использовано для гене-рации импульсных потоков нейтроновбольшой интенсивности и проведенияэкспериментов с мезонами и нейтрино.Целью изобретения является увеличение количества накопленных протонов путем снижения действия куло,новского расталкивания частицв сгустках за счет дебанчировки,На Фиг. 1, 2 и 3 показана плотность частиц по азимуту накопителяв различные моменты времени прк накоплении ряда импульсов тока инжектора в прототипе; на фиг, 4,5,6 и 7плотность частиц по азимуту накопителя при накоплении ряда импульсов 2 Отока инжектора предлагаемым способом; ка Фиг. 8 и 9 - оеапизацияпредлагаемого способа на примере накопителя протонов мезокной Фабрики.На фиг. 1 показана азимутапьнаяпоследовательность сгустков частиц,накопленных после п -й икжекции в прототипе. На Фиг. 2 показано азимутальное распределение частиц в промежутке времени 111между 36двумя последовател:.кыми моментамиинжекции. Азимутапькое распределениечастиц сохраняется в снпу выполнения1условия м, = в , . На Фиг. 3 показаноО у 2ф35распределение частиц после следующей,(и+1) -й икжекции, 1 1+в+а,На Фиг, ч показана последовательность сгустков частиц, накопленных после Ь -Й инжекции данныи способом.Чтобы ослабить кулоновское взаимо- .действие частиц в период времени 112 изменяют коэффициентпространственного расширения орбит, так как при этом к(111 в 3 , то период45 обращения частиц Т зависит от их импульсов Р . Связь между изменением 31периода обращения ЬТ, и отклонениемимпульсов а от среднего значения рследующая: Следовательно, при наличии импульсного разброса происходит раэгруппировка, сгустки растягиваются по азимуту н, возможно, перекрываются. При а й, частицы с большим импульсом (аъО) начинают отставать, а с меньшим (ар 0) уходят вперед.В режиме, характерном для работы прототипа К Я) =м, -" и периодУ - у 2обращения не зависит от импульса. Имекко по этой причине сгустковая структура сохраняется со временем.На фиг. 5 показано распределение частиц в момент времени между двумя последовательными инжекциями. В этом случае кулоновское,взаимодействие. ослабляется в 5 аб раз, где б " расстояние между центрами сгустков, Ь 5 - начальная протяженность сгустка. Если затеиизменить в другую сторону настолько, чтобы было выполнено неравенство М ( ы О, то картина движения неравновесных частиц становится обратной: частицы с большим импульсом начинают опережать частицы с меньшим импульсом.К моменту инжекции (я+1)-й порции частиц от резонансного ускорителя сгустковую структуру восстанавливают (Фиг. 7). условием восстановления сгустковой структуры является изменение м И) по такому закону, чтобы к моменту времени очередной инжекции выполнялось условие:М И)в 1/.Реальная зависимость М И)е удовлетворяющая этому условйю, может быть различной. В процессе вариации к (1) желательно сохранять неизменной частоту бетатроннцх колебаний частиц.Устройства, осуществляющие регулн;рование к(1) при постоянной частоте бетатронных колебаний, известны.На время Ь 1 инжекцни (1+1)-го импульса тока от резонансного ускори теля Кподдерживают постоянным,а 1равнымЫ(1)=М - р. На фиг, 7 покаэаРфно азимутальное распределение частиц после инжекции=( +с+Ь 1(я+1)-го импульса тока резонансного ускорителя.Учитывая, что , намного больше Ь,ыйотребуем выполнения условия1(р)= - за период времени с + ь 1гь . гдето + Ь - период работы резонансого ускорителя, В этом случае в процессе инжекции х(1)1 Кр и происходит увеличение азимутальной протяженности формируемых сгустков в накопи" теле. Но если К (1) во время инжекции Ь, не намного отличается от Ф то увеличение незначительно. Это позволяет упростить систему управления коэффициентом пространственного расширения орбит выбором вариации по закону2 в 1р Н)=М +ааэЫр Ьг +где а +- период работы резонансно"го ускорителя - инжектора.7 ример,РеализациЯ данного способа в накопителе протонов мезонной фабрики(фиг, 8 и 9),Линейный ускоритель создает навыходе кольцевой магнитной системыпоследовательность импульсов тока.длительностью Ь =100 мкс и частотойследования 100 Гц. Интервал времени ь между последовательными импульсами тока в 99 раз превышает длительность импульсов тока.В кольцевой магнитной периодической системе накопителя формируются четыре сгустка, равномерно расположенные по периметру. Длительность,сгустка в одном иэ режимов составляет 10 нс. Интервал между сгуст"ками 100 нс.Ведущее магнитное поле кольцевоймагнитной периодической системывыбрано так, что выполняется условие1 оо гфгде к р " коэффициент пространственного расширения орбит; прпленная энергия ннжектруем:х частиц, в наемслучае=1,б 4.5условие р = - обеспечивает сохра 6 )а 3иенце азимутальной протяженности циркулирующих микросгустков,Дальнейшее повышение числа частицв сгустках возможно, если осуществить10 наполнение частиц эа несколько (510) циклов работы инжектора. Препятствующим фактором является кулоновское взаимодействие частиц э сгуст"ках, Оно приводит к увеличению про 15 дольных и попереччых размеров сгустков, изменению частот бетатронныхколебаний частиц У ив конечВном итоге, к ограничению накопленного тока. Этот недостаток преодолева"20 ется в изобретении благодаря дебанчироэке пучка в накопителе на вре-гмя=10 с между последовательнымиимпульсами инжектора и последующейего банчнровке к моменту иижекции25 путем периодического изменения вовремени коэффициента пространственного расорения орбит (1), Изменениево времени осуществляют путем возбуждения магнитного поля кадрупольной,конфигурации на локальных участкахорбит кольцевой магнитной периодической системы. Н фиг. 8 показана схема накопител ного кольца и приведены основ ны параметры.Элемент периодичности состоит изчетырех линз 1, 2 и четырех поворотных магнитов 3, расположенных междудиаметрально противоположными точ ками орбиты, и представляет собойхроматическую поворотную системус регулируемой продольной дисперсией.Ход дисперсионной .Функции 11 на 45 элементе периодичности показан нафиг. 9 под циФрой 1.Обозначение конструктивных элемен.тов, расположенных вдоль оси абсцисс5, идентично с обоэначением на50 фиг. 8,Для изменения по времени коэффициента пространственного расширения орбит к(т) в каждый элементпериодичности включены по две оди наковые импульсные квадрупольные лин"зы 4, которые устанавлв;ются посере.дине между поворотными магнитами.Импульсные лнэы заптан:гся от огФного источника тока. Длина линзыравна 20 см.В зависимости от величины градиеи. та магнитного поля в линзах коэфФициент пространственного расвирения орбит изменяется по законукЮ- - +ТЪ у 64й , .где у 470 см ( фиг.2)20 см 3Эь 3 ВфР ае 4,07 10 Э см. - магнитнаяжесткость15инжектируемых частиц;(И-гб 200 см) .Величина 0; зависит от магнитной структуры накопителя и азимутального размещения импульсной а -й линзы. Для структуры рассматриваемой меэоиной фабрики Э; г 1 г 470 см и Ь; =1.13:10 ф 1/Э см.При градиенте поля в лиирах.; ,100 Э/см величина и И)- у," =0,0425. . На фиг. 9 под цифрой И показана дисперсионная функцияв случае вклю" чения квадрупольиых линз с 6;=100 Э/см, под цифрой гЯ - для слуфеая 6- 100 э/см. 1207 Э 87 10 Выберем закон изменения коэффициента пространственного расширения орбит в виде Ф1, 2 и 1ж (1) " +ьЫ э 1 пх" Ф агьгде АМ сопэс,+ Ь С период работы резонансного ускорителя-инжектора, Ь 1 " длительность импульса тока инжектора, для чего величины градиентов квадрупольного поля будем изменять по закону;(1) Ь, зы +При 4; 100.Э/смака=0,0425.Дебанчировка каждого сгустка 6 Т эа период времени от 0 доопределяется выражениемаРъ2 -а В( ф ьС)"фаф о фаРгде 2/ в в / - полный разброс по имРпульсам в накопленномпучке2// = 5 10аРЗа время (+ьг)/2 каждый сгусток увеличивает свою длительность на 670 ис, т,е. сгустки, сформированные в процессе иижекции одного импульса линейного ускорителя длительностью 100 мкс (четыре одинаковых сгустка с протяженностью по 10 нс) полностью перекрываются. В накопительном коль- . це к этому времени будет непрерывный пучок. Далее при 1(2+4)/2 происходит обратный процесс, т.е. баичировка в сгустки первоначальной лительиости.-аС,) ад ОЮХ аснопольскиКо Составитель В. Кр йРедактор О.Стенина , Техред А.Ач рректор С.Шекмар исно к 4/ лиал ППП "Патент", г.ужрород, ул.Проектная,759 ТирааВНИИПИ Государстпо делам изоб13035, Москва, Ж-Зl1 Поного комитета СССРтений и открытийРаушская наб., д.

Смотреть

Способ накопления протонов в кольцевой магнитной периодической системе