WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

связаны соотношением для выполнения условия V = V Изменением кинетической энергии электронов в процессе захвата можно пренебречь. Уменьшение V Hi = Ri при n = -0.5. (16) для электронов, вылетевших с начальным углом +, будет приводить к уменьшению радиуса вращения, Величину критического угла расходимости инжектиа для электронов с начальным радиусом - — к руемого пучка 2 (±) можно оценить из условия увеличению радиуса вращения, и, не пройдя полоборота, sin r/Ri. Из-за „привязки“ к силовым линиям они пересекут проекцию орбиты Ri. Составляющая магнитного поля в радиальном направлении электрон скорости V начинает уменьшаться, V увеличиваться „скользит“ по поверхности, являющейся зеркальным и на последующих оборотах электроны будут отражением хода силовых линий в пространстве отпересекать медианную плоскость, имея максимальное носительно поверхности цилиндра с радиусом Ri и значение V, минимальное значение V и минимальный орбита его прецессирует относительно оси Z с круговой радиус вращения Rmin. В установившемся режиме траектории электронов, вылетевших под углами ± частотой -из инжектора, показаны на рис. 4, a, а фазовое = cP. (17) пространство (PS), занимаемое пучком после окончания где P — периодичность слабофокусирующего магнитнозахвата, — на рис. 4, b. Такая траектория позволяет го поля бетатрона, равная двум.

обеспечить равенство трех частот: механической Применение азимутальной вариации, элемент сильной V /R, циклотронной c и ларморовой L. Начало фокусировки, увеличивает периодичность и уменьшает радиуса-вектора отдельного электрона прецессирует на амплитуды радиальных и вертикальных колебаний, сечевеличину r относительно оси симметрии Z ние фазового пространства и, как следствие, число захваченных в ускорение частиц. При условии Hi 0.25Ri, = V -n r = Ri · 1 -, (15) обеспечивается соотношение V = V = Vi/ 2, максиVi мальные значения амплитуд радиальных и вертикальугол раствора конуса потерь будет V = V. Из (7) ных колебаний соотносятся как 1 : 4 (0.5 r : 0.5Hi) при при имеем sin =(V = V )/Vi = 1/ 2 =(Bi/BZ)-1/2 и n = -0.5. Принимая напряженность электрического позначение Bi/BZ = 0.8409 на радиусе инжекции по ходу ля на поверхности PS пучка E = Vi Bi и учитывая Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. 96 Э.Г. Фурман распределение плотности заряда по сечению (в медиан- что также соответствует (18). Вертикальный размер ной плоскости в два раза больше, чем на краях, так как фокусного пятна гамма-излучения на мишени в проза период обращения электрон дважды пересекает M0), мышленном малогабаритном бетатроне ПМБ-6 [12] при число частиц, захватываемых в магнитную ловушку Bi = 0.88 · 10-2 T, Ri = 7.8cm, Hi = 4.6cm, Ui = 40 kV, бетатрона, можно оценить как Bk = 0.36 T составляет 2.2 mm, радиус пятна к концу цикла ускорения по (20) —1.1 · 10-3 m. Горизонталь0BV R3 0m0c2Ri i ный размер фокусного пятна определяется геометриN = ей мишени. Объем фазового пространства в камере 1.5e 1 - 2 1.5e2 1 - ПМБ-6 0.5Hi Ri = 2.6 · 10-4 m3 и в ускорение захва тывается 1.2 · 1010 частиц при циркулирующем на = · 1.88 · 1013 R2 (частиц), i 1 - орбите токе 0.55 A, в то время как оптимальный объем (18) PS R3 = 4.75 · 10-4 m3.

i где значения скорости V, и соответствуют инжектиВ [1, с. 168] приведены результаты экспериментов по руемому пучку, значение магнитного поля на радиусе — перекрытию сечения ускорительной камеры бетатрона инжекции Bi = m0c/eRi, а коэффициент 1/ 1 - 2 на 30 MeV в вертикальном и радиальном направлениях учитывает перераспределение электрического поля двис Hi/Ri = 7/30. В первом случае интенсивность излужущегося электрона относительно покоящегося.

чения исчезала, когда вертикальный размер камеры стаЦиркулирующий в магнитной ловушке ток новился равным высоте инжектора 1 cm. При увеличении вертикального размера интенсивность излучения eN e2BiN росла примерно в кубической зависимости от высоты каI = = (19) 2 2mмеры. Во втором случае контролировался сигнал с фотоэлектронного умножителя, который появлялся при энерраспределен в PS и в процессе ускорения адиабатически гии 1.5 MeV (Ui = 24 kV), когда проволока пересекала стягивается в плоскость M0 (рис. 4, a).

равновесный радиус R0 = 27 cm и до инжектора остаДля круглого сечения пучка, которое определяет вервалось 2.5cm, r/Ri = 2.5/30 и 2(±) < 5. В [13] тикальный размер фокусного пятна, имеем проведен эксперимент по определению захваченного в ускорение заряда через короткое время после оконBii чания импульса инжекции (2, 10, 20, 50... 300) · 10-6 s r = 0.4Hi, (20) Bkk при цикле ускорения 5 · 10-3 s, сбрасываемого на разделенный вертикальный коллектор. Через 2 · 10-6 s расгде Bk, k — значения магнитного поля и относительной пределение заряда по высоте камеры в центре в два раза скорости к концу цикла ускорения.

больше, чем на краях, и соответствует представленной Число частиц, захватываемых в ускорение, должна рис. 4 модели. Число частиц по (18) в 1.3 раз больше, но определенным образом соотносится с числом инчем измерено через 2 · 10-6 s (Ri = 29 cm, Hi = 4.5cm, жектируемых. Так, электрическое поле „нулевых элекUi = 24 kV, N0 = 1.25 · 109), но с учетом динамики тронов“, заканчивающих обращение на первых оборопотерь (N1 = 109 при 2 · 10-6 s, N2 = 0.3 · 109 при тах, эффективно расталкивает электроны по сечению 10 · 10-6 s, N3 = 0.2 · 109 при 20 · 10-6 s, N4 108 при PS, сообщая вращательный момент плоскости орби300 · 10-6 s) соответствует расчетному по (18). Соблюты при n -1 (шаровая поверхность силовых лидается динамика адиабатического сжатия PS возрастаюний B), который у полюсов переходит в n = -0.5.

щим магнитным полем (Bi = 0.15 · 10-2 T, i = 0.296), Поэтому существует оптимальное значение тока ина при 300 · 10-6 s (Bk = 0.045 T, k = 0.98) весь ускоряжекции [1,2], превышение которого не увеличивает емый заряд попадал на центральный коллектор в медичисла частиц, захватываемых в ускорение. Применение анной плоскости высотой 5 mm, согласно (20), радиус инфлекторных систем исключает ток „нулевых элекпучка в этот момент времени уменьшился до 1.8 mm.

тронов“ на инжектор в сильноточных бетатронах [2], Эти прямые и надежные эксперименты подтверждают повышает эффективность захвата. В безжелезном беправомерность представленной модели захвата электротатроне для получения электронных колец [11] эффекнов электромагнитным полем бетатрона — открытой тивность захвата высокая и составила 0.8 от числа магнитной ловушки.

инжектируемых электронов при длительности импульса инжекции 15 · 10-9 s. При Ei 1.5MeV, Im = 800 A (среднее значение 400 A), Ri = 0.3 m, захвачено 3. Экспериментальные исследования 2.6 · 1013 частиц (/(1 - 2) =15.5), что соответствубетатрона на потоке рассеяния ет (18). В сильноточном бетатроне [2] при Ei = 300 kV, Ri = 0.28 cm — радиус установки электростатическо- Модель БПР была изготовлена на базе электромагниго инфлектора и значения Hi/Ri = 0.7 доведено до та серийного бетатрона ПМБ-6 [12] с использованием конца цикла ускорения 2 · 1012 частиц, а измерения отпаянной вакуумной камеры, имеющей внутренний захваченного в ускорение заряда по окончанию импуль- диаметр 74 mm. Центральный галетный блок с общим са инжекции показали 3 · 1012 (/(1 - 2) =1.92), воздушным зазором 11 mm был заменен сплошным Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. Бетатрон на потоке рассеяния ферромагнитным сердечником диаметром 60 mm с об- направлении тока в обмотках относительно W1Ii инмоткой W2, содержащей 56 витков, сечением провода тенсивность излучения начала уменьшаться: при токе в 6mm2. Обмотка намагничивания W1 содержала 60 вит- обмотках 0.2 A — на 10%, при 0.5 A — на 50%, при ков, по 30 витков в каждой половине, технологический 6 A — более чем на 90%. В этом случае плоскости орбит зазор = 0.1 mm. Использовалась схема питания по электронов приобретали поступательное движение в рис. 1, b, а межполюсное пространство БПР показано однородном поле относительно медианной плоскости Mи электроны также оседали на верхней и нижней частях на рис. 4, b. В ПМБ-6 для получения кинетической камеры. Проведенный эксперимент наглядно показывает, энергии электронов 6 MeV требовалось 120 J энергии колебательного контура. В БПР эта же энергия элек- что электромагнитное поле бетатрона в момент захвата можно рассматривать как открытую магнитную ловуштронов была получена при энергии в накопителе Cку и применять теорию адиабатических инвариантных 87 J и была уменьшена на величину энергии, запасаемой процессов [3], учитывающую энергию вращательного в галетном блоке 33 J, что соответствовало энергии, движения, момент инерции электронов на орбите (12) подсчитанной по (5). При этом потребляемая мощность и связанные с этим гироскопическое эффекты.

от сети уменьшалась в два раза за счет уменьшения С этих позиций в БПР был осуществлен вывод потерь в контуре и исключения схем сброса и конэлектронного пучка из ускорительной камеры, имеющей трактора. Максимальная интенсивность излучения была выводное окно. Высота Hi над инжектором 30 mm. На получена, когда цепь коррекции радиуса равновесной этой камере получена интенсивность гамма-излучения орбиты обеспечивала поведение радиуса согласно (10) в два раза меньше, чем на камере с Hi = 46 mm, при (рис. 3) при Ui = 40 kV. Полученная интенсивность была прочих равных условиях, что соответствует (18). Для не меньше, чем в хорошо отстроенных бетатронах с иссоздания градиента магнитного поля в плоскости Mпользованием контрактора (0.1 mGy/s на расстоянии 1 m использовали две секторные обмотки, уложенные на от мишени при 100 имп/s). При увеличении энергии боковой поверхности камеры с азимутальной длиной колебательного контура до 120 J кинетическая энергия 30 каждая. Общая ось обмоток располагалась перэлектронов составила 6.9 MeV, а при 150 J получена пендикулярно радиусу установки инжектора. Обмотки энергия электронов 8 MeV. При этом размах индукции включались последовательно, встречно в цепь тиристов центральном сердечнике составил Bc = 2.75 T, а в ра T (точки a, b на рис. 1, b). При смещении пучка в обратном магнитопроводе — 2.15 T (рис. 1, c).

рассматриваемой конструкции БПР расширение радиуса К сожалению, имеющиеся вакуумные камеры не орбиты идет со скоростью Vr = r/ t 104 m/s. Во позволяли увеличить диаметр центрального сердечника время расширения орбиты в обмотках нарастал ток и до 75 mm, что позволило бы полностью использовать создавалось дополнительное магнитное поле, которое обратный магнитопровод электромагнитна ПМБ-6 веусиливало поле на подходе пучка к инжектору и уменьсом 80 kg и иметь энергию электронов 11 MeV.

шало после. Градиент магнитного поля обеспечивал Для проверки пробочного соотношения магнитной дрейф центра расширяющейся орбиты со скоростью ловушки бетатрона (7) и исследования поведения пучка в момент захвата на радиусе полюсов R = 8.2cm при ( · c)2mVd = K, (21) Ri = 7.8 cm уложено по одному витку, включенных eB0Ri согласно. Через цепь из конденсатора 0.1 µF и переменного резистора обмотки подключились параллельно где K 10-2 · B+/B0; B+ — дополнительное поле, содиоду D2. При направлении импульса тока в обмотках здаваемое обмотками в районе радиуса инжекции.

согласно с ампервитками W1 · I показатель поля у поПри B± 10-3B0 обеспечивалось равенство скоролюсов в плоскости M (рис. 4, a) изменялся от -0.стей Vr и Vd, потери электронов на инжекторе практичек -1. Силовые линии, проходящие через инжектор, ски отсутствовали, а участок пересечения электронами у полюсов образовывали шаровую поверхность RB = Ri.

орбиты освобождения находился напротив инжектора, При встречном направлении тока в обмотках относичто позволяло иметь привязку оси выведенного пучка тельно W1 · I показатель поля у полюсов приближался при регулировании энергии. Интенсивность излучения к нулю и в области над инжектором поле становилось электронного пучка на расстоянии 0.3 m от оси Z бетаоднородным, RB.

трона составила 1.6 Gy/s при Ek 5MeV, N = 50 имп/s.

В первом случае при токе в обмотках I(ti) На этом расстоянии сечение пучка — эллипс, сжатый 0.5A (в момент инжекции ампервитки W1 · I(ti ) = по оси Z размером 4 · 1.5cm2 примерно с равномер= 350 A виток) интенсивность излучения возросла ной плотностью по сечению. Отметим, что если на на 15%, а затем с увеличением тока в обмотках пути выведенных электронов ставился фильтр (железо начала монотонно спадать. При токе в обмотках 6 A толщиной 4 mm), то, регистрируя дозиметром гаммаона сотавила 60% от первоначальной, а при токе излучение на расстоянии 1 m, получали примерно ту 10 A — менее 20%. В этом случае показатель поля был же плотность потока гамма-излучения, что и с мишеблизок к -1 и за счет вращательного момента плоскости ни на расстоянии 1 m. Простым закорачиванием точек орбиты (M) электроны терялись на верхней и нижней подключения обмоток (выводы a, b на рис. 1, b) БПР стенках каметры. Во втором случае при встречном переводился в режим гамма-излучения, и наоборот.

7 Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. 98 Э.Г. Фурман При энергиях свыше 6 MeV наблюдалось сжатие ор- Автор признателен зав. лаб. НИИ Интроскопии при биты к концу цикла ускорения при N 50 имп/s из-за ТПУ В.А. Касьянову за предоставленную возможность уменьшения тока размагничивания I0. В этом режиме экспериментального исследования положений, предлоиспользовалась дополнительная цепь из индуктивности женных в [9], инженерам М.М. Рычкову и А.С. Чертову и тиристора, подключаемая параллельно тиристору T, за помощь в работе.

который включался к концу цикла ускорения и обеспечивал медленный ввод энергии в колебательный контур.

Список литературы При этом радиус равновесной орбиты не уменьшался и поддерживался на уровне 7 cm до начала сброса [1] Ананьев Л.М., Воробьев А.А., Горбунов В.И. Индукционэлектронов на мишень. Применяя вместо индуктивности ный ускоритель электронов — бетатрон. М.: Госатомизв дополнительной цепи параллельный LC контур с дат, 1961. 350 с.

собственной частотой значительно выше частоты сило[2] Москалев В.А. Бетатроны. М.: Энергоиздат, 1981. 166 с.

вого контура бетатрона, обеспечивался колебательный [3] Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы. М.: Атомизхарактер движения радиуса равновесной орбиты, пучок дат, 1979. 320 с.

мог многократно касаться мишени, генерируя импульсы [4] Лоусон Дж. Физика пучков заряженных частиц. М.: Мир, гамма-излучения с частотой LC контура.

1980. 439 с.

[5] Kerst P.W., Adams J.P., Koch H.W. // Rev. Sci. Jnstr. 1950.

Vol. 21. N 5. P. 462–480.

Заключение [6] Васильев В.В., Москалев В.А., Фурман Э.Г. // ПТЭ. 1979.

№4. С.27–29.

Основной недостаток классической схемы бетатро[7] Васильев В.В., Милютин Г.В., Фурман Э.Г. // Изв. вузов.

на — квадратичная зависимость энергии магнитного Физика. 1979. № 12. С. 89–90.

поля и веса электромагнита от радиуса инжекции в бета[8] Лейтес Л.В. // Электричество. 1978. № 7. С. 45–50.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.