Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Рнс. 1. Пространственно-периодический квадрупольный фокусирующий канал.
в принципе представляет собой длинную четырёхпроводную линию с квадрупольной симметрией, на к-рую подано ВЧ-напряженне (рис. 2). Заряж. частицы, движущиеся вдоль продольной оси симметрии, испытывают действие поперечного электрич. поля с перем, знаком градиента. Это приводит к эффекту квадруполь-
яой фокусировки в пространственно-однородной структуре. Направление сил, действующих на движущуюся частицу, в каждой кз координатных плоскостей меняется на длине пути, соответствующей половине периода ВЧ'Поля. Длина периода фокусировки составляет
Ряс. 2. Пространственно-однородный квадр угольный фокусирующий ка* нал.
PX, где P — vfc, V — скорость частицы, Я. — длика волны электрич. поля в свободном пространстве. Макс. градиент фокусирующего поля в первом приближенна; равен 2Uofaif где ы0 — амплитуда В Ч-напряжения, д — мни. расстояние от оси до электрода.
В канапе с П.-о. к. ф. может быть создана продольная усноряющая компонента электрич. поля за счёт периоднч. изменения потенциала вдоль продольной оси симметрии с периодом PX, что позволяет использовать этот тип фокусировки в линейном ускорителе. Необходимое изменение потенциала возникает прн периоднч. модуляции расстояний с периодом PX между противостоящими электродами, еслк фазы модуляции для адеитродов с противоположными полярностями сдвинуты ка 180°. Другими словами, когда расстояние между электродами, лежащими в горизонтальной плоскости, возрастает, то расстояние между электродами, лежащими в вертикальной плоскости, уменьшается. Амплитуда разности потенциалов на периоде уснорення рЛ/2 в первом приближении составляет и = 2Ащ, W
А={тъ—l)/[m2/0(fca)+/0(mfca)],
m — отношение макс. расстояния от оси симметрии до ближайшей точии электрода к минимальному, к =
— 2л/рЯ, I0 — моднфнцнров. ф-ция Бесселя нулевого порядка. Прк модуляции формы элеитродов и заданном их мин. ресстоянни от оси уснорвтеля сила фону сиров-ки снижается примерно иа 40—50%; появляется, как и при пространственно-перкоднч. фонусировке (см. Квад-руполъная фокусировка), высокочастотный дефоиуси-рующнй эффект.
В линейных ускорителях с П.-о. к. ф. сила фокусировки не завискт от энергии частиц и от их фазы относительно ВЧ-поля. Все частицы фонуснруются примерно одинаново. Это позволяет спец. образом использовать аффект автофааировки. В непрерывном пучке на входе ускорителя сгустки частиц следуют иплотную друг 9а другом, но по мере роста скорости частиц онк раздвигаются, сохраняя приблизительно неизменные гео-метрич. размеры и, следовательно, пост, плотность пространственного заряда. Захват частиц в режим ускорения может достигать 95—97%,что вдвое выше лучших значений этого параметра в др. иавестных структурах. Линейные уснорители с П.-о. и. ф. могут работать при весьма ннзннх нач. споростях частиц. Ho прп малых нач. скоростях сохраняется высокое предельное значение тока пучка.
Эффект П.-о. к. ф. попользуется в инженторах протонных н тяжелоионных синхротронов. Использование П.-о. и. ф. в линейных уснорнтелях дало возможность получить сильноточные пучкк ионов, применяемые в ряде новых технологий: в создакнк высокопоточных нейтронных генераторов для раднац. материаловедения, связанного с проблемами термоядерных реаи-торов; формировании сильноточных пучков протонов для электроядерного метода «наработки» ядерного го-
рючего, для уничтожения радиоактивных отходов АЭС; создании линейных ускорителей сверхтяжёлых малозарядных ионов для ионного термоядерного синтеза, создании малогабаритных генераторов мощных атомных пучков. Осн. трудности создания линейного усно-рителя былн связаны с низким коэф. захвата частиц в режим ускорения н с высокой энергией кнжеиции, при к-рой электростатич. предускорнтели теряли электрич. прочность.
В линейных ускорителях протонов и ионов H- используются частоты в диапазоне 80—450 МГц. Для создания ВЧ-иапряження на четырёхпроводной линии в этом диапазоне применяются четырёхкамерные объёмные резонаторы разл. конструкции с продольной магн. волной.
В зависимости от типа иона н требуемых параметров пучка в линейных ускорителях тяжёлых конов используются частоты в диапазоне 6—30 МГц. Разработаны резонансные структуры в виде четвертьволновых отрезков коаксиальной линки с разрезным внутр. стеблем; разработаны также резонансные структуры, содержащие сосредоточенные индуктивности.
В модул иров. четырёхпроводных линиях применяются преим. цилиндрич. электроды с периодически меняющимся диаметром нлн плоские электроды перем, длины, каждый нз к-рых ограничен в сеченик полукругом с постоянным по всей длиие радиусом.
Область устойчивости поперечних колебаний частиц по ноординатам и импульсам на входе канала с П.-о. к. ф. изменяется с частотой перем, фокусирующего поля. Реализованы разл. методы согласования статич. пучка на входе канала с перем, областью устойчивости.
Лит.: Капчинсний И. М., Теория линейных резонансных ускорителей, М., 1982, с. 130; Klein H., Development of the different RFQ accelerating structures and operation expe« rience, «IEEE Trans. Nucl. Sci.»>, 1983, v. NS-30, J4J 4, p. 3313.
