, А. В. САМОШИН

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

использование квадрупольных линз

в качестве фокусирующих элементов

в сверхпроводящем линейном ускорителе

Обсуждается возможность использования электрических и магнитных квадруполей для фокусировки низкоэнергетического пучка тяжелых ионов в сверхпроводящем линейном ускорителе. С целью снижения фокусирующих полей предложено дополнительно использовать фазопеременную фокусировку.

Для ускорения пучка ионов с малым отношением заряда к массе (Z/A = 1/66) в сверхпроводящем линейном ускорителе в международном проекте RIA предполагается использовать четвертьволновые многозазорные резонаторы, а фокусировку ионов осуществлять с помощью коротких сверхпроводящих соленоидов, размещенных между резонаторами. Предварительный расчет поперечной динамики в таком ускорителе показал, что фокусировка всех ионов в интервале скоростей 0,01 < β < 0,06 может быть реализована, если магнитное поле соленоида B превышает 15 Тл [1]. Поэтому представляет интерес рассмотреть возможность использовать вместо соленоидов магнитные и электрические квадруполи.

Будем считать, что фокусирующая система FODO. Длина магнитного квадруполя L = 100 mm. Набег фазы поперечных колебаний на периоде μr является функцией градиента магнитного поля G и скорости частиц β. На рис. 1 показаны величины μr как функции скорости частиц для трех градиентов магнитного поля.

Как видно из рис. 1, условия фокусировки в рассматриваемом интервале скоростей (0,01 < β < 0.06) выполняются для величины градиента магнитного поля G = 100 T/m, однако в этом случае огибающая пучка превышает 8 mm. Для получения хорошего качества пучка, необходимо, чтобы величина огибающей Xm не превышала 3-4 mm. Из рис. 2 видно, что в этом случае диапазон скоростей сужается (0,025 < β < 0.06).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Исследование динамики пучка в периодической структуре с электрическими квадруполями может быть выполнено аналогичным образом. Набег фазы поперечных колебаний на период μr как функция скорости пучка для различных напряжений V0 на полюсах линзы показана на рис. 3. Во всех трех случаях диапазон скоростей ограничен.

Рис. 1. Прирост фазы μr для различных градиентов магнитного поля G

Рис. 2. Градиент магнитного поля G как функция скорости частиц

для двух величин огибающих Xm

Расширить диапазон скоростей и улучшить фокусировку можно, если дополнительно использовать фазопеременную фокусировку (ФПФ). В этом случае фокусирующий период состоит из двух сверхпроводящих резонаторов и двух квадруполей. Посредством независимого выбора фаз φ1 и φ2 в соседних резонаторах можно обеспечить как продольную так и поперечную устойчивость и уменьшить фокусирующее поле. Зависимость напряжения на электродах электрических квадруполей от скорости пучка показана на рис. 4. Вариант, который соответствует случаю φ1 = –φ2 , имеет меньшее напряжение, но продольная устойчивость и прирост фазы продольных колебаний на период μz в этом случае резко уменьшается. Продольный аксептанс может быть увеличен только при несимметричном выборе фаз |φ1| > |φ2|. На рис. 4 сплошные линии соответствуют случаю φ1 = –φ2 = –20°, пунктирные — φ1 = –30°, φ2 = 20°.

Рис. 3. Прирост фазы μr

для различных напряжений V0

Рис. 4. Напряжение

на электрических квадруполях

Список литературы

1.  , . Сборник трудов научной сессии МИФИ-2006. Том 7. С. 180-181.