Прискорювач заряджених частин

УДК 621.355.9

Герасименко В.В., студент

Харківський національний університет радіоелектроніки

ПРИСКОРЮВАЧ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИН

Анотація. Технічний ефект полягає в отриманні великої щільності потужності потоку заряджених частинок на мішені, що розширює функціональні можливості застосування прискорювача в області ядерної фізики, наприклад технології отримання трансуранових матеріалів.

Ключові слова. Магнітне поле, електрон, фокусування, вакуум, прискорювач.

ВСТУП. Поряд зі зростаючою кількістю великих прискорюючих установок спостерігається пожвавлення в розвитку прискорювачів електронів на невеликі енергії. Підвищений інтерес обумовлений розширенням області застосування прискорювачів електронів. Висока ефективність даних пристроїв, а також простота і дешевизна їх виготовлення дозволяють успішно використовувати такі прискорювачі в багатьох технологічних процесах. У вимкненому стані прискорювачі цього типу абсолютно безпечні в радіаційному відношенні, що дозволяє здійснювати їх оперативне технічне обслуговування. Установки можуть експлуатуватися без будівництва спеціальних приміщень з радіаційним захистом.

Мета дослідження. Розробка прискорюючої структури для технологічного прискорювача.

        Об’єкт дослідження. Прискорювач заряджених частин.

        Предмет дослідження. Отримання великої щільності потужності потоку заряджених частин на мішені шляхом використання потужних джерел, системи прецизійної фокусування і прискорення потоку заряджених частин.

        Методи дослідження. У якості теоретичних методів дослідження обрані методи: індукції та дедукції, аналізу та синтезу. Використовуючи метод індукції та дедукції досліджені аналоги пристроїв, які використовують подібні методи. За допомогою аналізу та синтезу досліджені методи отримання великої щільності потужності потоку заряджених частинок на мішені.

ОГЛЯД ПОПЕРЕДНІХ РОБІТ. Найбільш близьким технічним рішенням (прототипом) є бетатрон - прискорювач індукційного типу (Третє видання, М .: Вид. «Радянська енциклопедія», 1977, с.110), призначений для прискорення електронів (бета-частинок), рухомих у вакуумній камері в змінному магнітному полі, а також для отримання потоків γ- квантів і нейтронів. Вакуумна камера Бетатрон має вигляд кільцевої труби (тора), в якій розміщені джерело і мішень заряджених частинок. Магнітне поле бетатрона створюється розташованим зовні вакуумної камери електромагнітом, який складається з струмопровідних обмоток і феромагнітних профільних сердечників. Електромагніт підключений до генератора змінного струму і створює в області руху електронів всередині вакуумної камери змінне аксіально-симетричне магнітне поле, індукція якого спадає в площині симетрії приладу пропорційно відстані ρ від аксіальної осі за законом Н ~ρ-0,6 . Частота зміни поля становить 10-10 3 Гц. Змінне магнітне поле індуктує в області руху вихрове електричне поле, яке прискорює електрони. Додатковою вимогою, що забезпечує сталість радіуса стаціонарної траєкторії в бетатроні, є так звана бетатрона умова, тобто магнітне поле Н0 на стаціонарній траєкторії - окружності радіуса ρ0 має становити половину середнього магнітного поля Н0 всередині цієї окружності. Генеруються джерелом електрони рухаються з прискоренням уздовж стаціонарної траєкторії - окружності радіуса ρ0, здійснюючи порядку 105-106 обертів, і після досягнення необхідної енергії 1-150 МеВ виводяться зі сфери стаціонарної траєкторії на мішень.

Недоліки технічного рішення бетатрона:

1. Велика кількість оборотів, що здійснюються електронами під час прискорення, при відсутності спеціальних заходів синхронізації (фазування) їх коливань відносно стаціонарної траєкторії, не дозволяє здійснити прецизійне фокусування електронів на мішені. Радіус фокусної плями виявляється рівним амплітуді коливань електронів щодо стаціонарної траєкторії, внаслідок чого неможливо отримати велику поверхневу щільність потужності на мішені.

2. Електрони в процесі руху багаторазово перетинають область джерела, що призводить до зниження інтенсивності потоку і виникнення небажаного гальмівного гамма-випромінювання.