Д. А. ЕФИМОВ, Э. С. МАСУНОВ, А. В. САМОШИН

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФАЗОПЕРЕМЕННОЙ ФОКУСИРОВКИ

В СВЕРХПРОВОДЯЩЕМ УСКОРИТЕЛЕ

ТЯЖЕЛЫХ ИОНоВ*

Рассмотрены вопросы применения фазопеременной фокусировки в сверхпроводящем ускорителе тяжелых ионов. Найдены условия, при которых можно обеспечить фокусировку пучка без использования дополнительных внешних фокусирующих полей.

В настоящее время обсуждается возможность создания универсального ускорителя ионов, в котором можно ускорять до больших энергий все типы ионов от водорода до урана [1]. Начальная часть такого ускорителя, где ускоряется низкозарядные ионы с малым отношением А/Z, основана на использовании периодической последовательности независимо фазируемых четырехзазорных резонаторов, между которыми расположены фокусирующие соленоиды. Предварительный анализ поперечной динамики пучка показал, что при малой скорости ионов фокусировка пучка может быть реализована только с помощью сверхпроводящих соленоидов c магнитным полем B≈15T. Уменьшить величину магнитного поля можно, если использовать фазопеременную фокусировку (ФПФ) [2].

Для тяжелых ионов с малым отношением А/Z этот способ фокусировки будет эффективен только при малых скоростях ионов и для определенного диапазона фаз ускоряемых частиц. Данный результат может быть получен из простого анализа матрицы периода ускоряющего канала, состоящего из двух резонаторов, в которых фазы влета центра сгустка соответственно равны j1 и j2. Пусть длина резонаторов равна Lres, а расстояние между резонаторами одинаково и равно Ld. Длина периода ускоряющей системы равна . Будем считать, что амплитуда ускоряющего напряжения на один резонатор равна U. Тогда параметр Флоке μr,z для продольного и поперечного движения можно найти из выражений:

(1)

_________

* Работа выполнена при поддержке РФФИ (Грант № )

(2)

Здесь , – приведенная амплитуда напряжения. Коэффициенты Sz,r и Cz,r соответственно равны , , где есть величина сдвига фазы продольных колебаний на один резонатор, а .

Рис. 1. Диаграмма устойчивости для продольных и поперечных колебаний пучка.

Область устойчивости продольных и поперечных колебаний пучка может быть найдена из совместного решения уравнений (1) и (2). На рисунке 1.а приведены границы области устойчивости для Z/A=1/60 при b=0.025 (сплошные) и b=0.05 (пунктирные). На рисунке 1.б приведены границы области устойчивости для b=0.05 при Z/A=1/10 (сплошные) и Z/A=1/60 (пунктирные). Как видно из рисунка, выбор диапазона начальных фаз j1,2 ограничен и зависит от Z/A. При увеличении скорости ионов область устойчивости быстро уменьшается. Поэтому этот способ фокусировки можно использовать только для определенного диапазона скоростей.

Список литературы

1.  P. N. Ostroumov and et al., PAC2001, Chicago, IL, June 18-21, 2001, p. 4080.

2.  - В кн. Теория и расчет линейных ускорителей. М. Госатомиздат, 1962.