×
04.07.2018
218.016.6a9b

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ МЕДЛЕННОГО ВЫВОДА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ЦИКЛИЧЕСКОГО УСКОРИТЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002659572
Дата охранного документа
03.07.2018
Аннотация: Изобретение относится к способу вывода частиц из кольцевых ускорителей и в первую очередь из кольцевых ускорителей с постоянным магнитным полем и практически постоянным радиусом. Для вывода частиц используют отражение частиц полями постоянных магнитов, в котором угол отражения равен углу падения и не зависит от скорости (энергии и импульса) частиц, при этом глубина проникновения частиц в поле с индукцией B зависит от импульса (энергии) частиц и связана соотношением где: Р - полный импульс частиц, Pcosa - составляющая импульса вдоль оси у, B и B - индукция и средняя индукция поля магнита, q - заряд частицы, у - глубина проникновения частиц в поле магнита. При упругом отражении угол отражения всегда равен углу падения и не зависит от скорости (энергии) частиц, и глубина проникновения частиц в поле зависит от их энергии. Если глубина проникновения частиц в поле меньше поперечного размера диполя, частицы отражаются и попадают в другой такой же диполь и возвращаются на равновесную орбиту ускорителя. Когда, с увеличением энергии частиц, глубина их проникновения в поле диполя становится больше поперечного размера диполя, частицы проходят сквозь диполь и выводятся из ускорителя. Техническим результатом является возможность автоматического вывода заряженных частиц при условии достижения ими заданной энергии вывода. 1 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к способам вывода частиц из кольцевых ускорителей, в первую очередь из кольцевых ускорителей с постоянным магнитным полем и практически постоянным радиусом орбиты (1. Dolbilov G.V. Induction synchrotron with a constant magnetic field. // Physics of Particles and Nuclei Letters, 14(1), 201-208. 2. Долбилов Г.В. Индукционный синхротрон с постоянным магнитным полем. // Письма в ЭЧАЯ. 2017. Т. 14, №1(206), 164-175). 3. Долбилов Г.В. Способ циклического ускорения заряженных частиц // Патент ОИЯИ, №2451435 и Патент ОИЯИ, №2477936)

Существует несколько способов медленного вывода пучков. Наибольшее распространение получил вывод с использованием резонансной раскачки бетатронных колебаний заряженных частиц (И.Б. Иссинский. «Введение в физику ускорителей заряженных частиц», часть 4, Издательский отдел Объединенного института ядерных исследований, 141980, г. Дубна, Московской обл.).

Суть этого метода заключается в том, что в одной из поперечных фазовых плоскостей создают условия сильного нелинейного резонанса. Частицы циркулирующего пучка в начале занимают устойчивую область движения фазового пространства. Затем создаются условия, когда частицы пересекают сепаратрису нелинейного резонанса и попадают в неустойчивую область движения, где амплитуда колебаний быстро возрастает, и частицы попадают в апертуру выводного устройства.

Другой способ вывода связан с использованием байпасной системы отклонения пучка от равновесной орбиты (A.V. Bondarenko, N.A. Vinokurov, «Веат extraction from а synchrotron through a magnetic shield». Nuclear Inst, and Methods in Physics Research, A 603).

В этом способе полями четырех одинаковых дипольных магнитов формируют байпасную систему, которая сначала отклоняет, а затем возвращает пучок на равновесную орбиту. С увеличением индукции магнитных полей диполей величина отклонения растет. При приближении пучка к магнитному экрану включают быстрый ударный магнит, который отклоняет траекторию пучка внутрь магнитного экрана. После чего пучок не возвращается на равновесную орбиту, а выводится из ускорителя.

В качестве прототипа выбираем способ вывода (A.V. Bondarenko, N.A. Vinokurov, «Веат extraction from a synchrotron through a magnetic shield». Nuclear Inst, and Methods in Physics Research, A 603), в котором используется байпасная система отклонения пучка от равновесной орбиты.

Способ заключается в том, что четыре дипольных магнита с переменным магнитным полем сначала отклоняют пучок от равновесной орбиты, а затем возвращают его на орбиту. С ростом магнитного поля отклоненный пучок приближается к железно-медному экрану, который для уменьшения искажения переменных магнитных полей и траектории частиц выполнен из многих тонких слоев меди и железа. Как только отклоняемый пучок приблизится к экрану, быстрым ударным магнитом пучок забрасывается внутрь экрана и выводится из ускорителя.

Такой способ вывода имеет ряд недостатков. 1) Он требует формирования быстрых магнитных полей. 2) Степень экранировки и возмущения внешних магнитных полей, из-за скин-эффектов, меняется в течении длительности импульса поля. 3) Толщина многослойного экрана сравнима с размерами пучка, что приводит к потерям частиц в стенках экрана. 4) Сравнительно медленный заброс пучка в экран также увеличивает потерю частиц в стенках экрана.

Целью предлагаемого изобретения является автоматический вывод частиц из полей постоянных магнитов, как только их энергия достигает заданной энергии инжекции.

Кроме того, устраняются вышеуказанные недостатки прототипа.

Способ медленного вывода пучка заряженных частиц из циклического ускорителя заключается в том, что постепенно полями отклоняют траекторию частиц пучка от равновесной орбиты и при достижении траектории пучка апертуры выводного устройства выводят частицы из ускорителя, а для вывода частиц используют способ отражения частиц полями постоянных магнитов, в которых угол отражения равен углу падения и не зависит от скорости (энергии и импульса) частиц, при этом глубина проникновения частиц в поле с индукцией Bz зависит от импульса (энергии) частиц и связана соотношением

где: Р - полный импульс частиц,

Pcosα - составляющая импульса вдоль оси х,

Bz и Bz,cp - индукция и средняя индукция поля магнита,

q - заряд частицы,

уm - глубина проникновения частиц в поле магнита,

и при заданном импульсе и энергии вывода частиц выполняют условие, при котором глубина проникновения уm в поле Bz больше поперечного размера магнита h (уm>h), что достигается выбором соотношений между импульсом Р частиц, параметром cosα, величиной индукции Bz и поперечным размером магнита h, при этом частицы автоматически выводятся из магнита и попадают в апертуру выводного устройства, а частицы, не достигшие энергии вывода, отражаясь, попадают в другой такой же магнит и возвращаются на равновесную орбиту ускорителя.

Отличительными признаками заявленного способа являются следующие.

Для медленного вывода используют способ отражения частиц полями постоянных магнитов, в которых угол отражения равен углу падения и не зависит от скорости (энергии и импульса) частиц, при этом глубина проникновения частиц в поле с индукцией Bz зависит от импульса (энергии) частиц и связана соотношением

где Р - полный импульс частиц,

Pcosα - составляющая импульса вдоль оси у,

Bz и Bz,cp - индукция и средняя индукция поля магнита,

q - заряд частицы,

уm - глубина проникновения частиц в поле магнита.

При заданном импульсе и энергии вывода частиц выполняют условие, при котором глубина проникновения уm в поле Bz больше поперечного размера магнита h (уm>h), что достигается выбором соотношений между импульсом Р частиц, параметром cosα, величиной индукции Bz и размером области магнита h, при этом частицы автоматически выводятся из магнита и попадают в апертуру выводного устройства, а частицы, не достигшие энергии вывода, отражаясь, попадают в другой такой же магнит и возвращаются на равновесную орбиту ускорителя (Фиг. 1).

Поставленная цель достигается тем, что совокупность всех существенных признаков позволяет автоматически выводить ускоряемые частицы при условии достижения ими заданной энергии вывода.

На Фиг. 1 приведена схема системы вывода пучка заряженных частиц из циклических ускорителей с использованием способа отражения частиц полями постоянных магнитов.

Где: 1 - магнитный диполь с постоянной величиной индукции Bz, который предназначен для отражения частиц с энергией ниже заданной энергии вывода и вывода частиц из магнита с энергией, равной энергии вывода,

2 - устройство вывода пучка из ускорителя,

3 - магнитный диполь, такой же как диполь 1, предназначенный для возвращения частиц пучка на равновесную орбиту ускорителя (1. Dolbilov G.V. Induction synchrotron with a constant magnetic field. // Physics of Particles and Nuclei Letters, 14(1), 201-208. 2. Долбилов Г.В. Индукционный синхротрон с постоянным магнитным полем. // Письма в ЭЧАЯ. 2017. Т. 14, №1(206), 164-175). 3. Долбилов Г.В. Способ циклического ускорения заряженных частиц // Патент ОИЯИ, №2451435 и Патент ОИЯИ, №2477936)

4 - траектория частиц пучка на входе в систему вывода,

5 - траектория отраженных частиц с энергией ниже энергии вывода,

6 - траектория частиц пучка на выходе системы вывода.

Способ работает следующим образом.

Для медленного вывода пучка заряженных частиц из циклического ускорителя используют свойства отражения заряженных частиц в полях постоянных магнитов. Поскольку глубина проникновения частицы в магнитное поле зависит от импульса (энергии) частицы, можно реализовать два вида траектории частицы. Если глубина проникновения частицы в поле меньше габарита магнита, то происходит отражение частицы, если же глубина проникновения больше габарита, то частица не отразится и пройдет сквозь магнит.

Заряженные частицы с импульсом Р инжектируются в поле дипольного магнита 1 (Фиг. 1) под углом α к продольной оси диполя. При этом продольный импульс Рх=Pcosα. Величина индукции поля равна Bz, поперечный, у - размер диполя равен h. Под действием магнитного поля поперечный импульс Ру уменьшается и при у=уm обращается в нуль. Далее импульс Ру меняет знак и снова растет, отражаясь от поля. Величина уm - есть глубина проникновения частиц в поле диполя и определяется соотношением

где Р - полный импульс частиц,

Pcosα - составляющая импульса вдоль оси х,

Bz и Bz,cp - индукция и средняя индукция поля магнита,

q - заряд частицы.

Глубина проникновения растет с увеличением импульса (энергии) ускоряемых частиц и когда глубина проникновения станет больше поперечного размера диполя, h, отражение частиц не может произойти. При h<уm частицы выводятся из магнита и попадают в апертуру устройства транспортировки пучка 2 Фиг. 1.

Отраженные диполем 1 (Фиг. 1) частицы с помощью точно такого же диполя 3 (Фиг. 1) возвращаются на равновесную орбиту ускорителя (1. Dolbilov G.V. Induction synchrotron with a constant magnetic field. // Physics of Particles and Nuclei Letters, 14(1), 201-208. 2. Долбилов Г.В. Индукционный синхротрон с постоянным магнитным полем. // Письма в ЭЧАЯ. 2017. Т. 14, №1(206), 164-175). 3. Долбилов Г.В. Способ циклического ускорения заряженных частиц // Патент ОИЯИ, №2451435 и Патент ОИЯИ, №2477936).

Основой задачей при реализации способа медленного вывода заряженных частиц с использованием процессов отражения частиц в стационарных магнитных полях является создание магнитов (диполей) с постоянным магнитным полем.

В современных циклических ускорителях широко используются «теплые» и сверхпроводящие магниты с индукцией В=1-2 Тл.

Особый интерес представляет использование SmCo (Самарий-Кобальт) и Nd-Fe-B (Ниодим-Феррум-Бор) для постоянных магнитов. Индукция таких магнитов равна 0,9-1,15 Тл. Источники питания в этом случае не требуются.

В циклических ускорителях с постоянной величиной ведущего магнитного поля, у которых формирование замкнутых орбит, так же как и в системе вывода пучка, используется метод отражения частиц в постоянных магнитных полях (1. Dolbilov G.V. Induction synchrotron with a constant magnetic field. // Physics of Particles and Nuclei Letters, 14(1), 201-208. 2. Долбилов Г.В. Индукционный синхротрон с постоянным магнитным полем. // Письма в ЭЧАЯ. 2017. Т. 14, №1(206), 164-175. 3. Долбилов Г.В. Способ циклического ускорения заряженных частиц // Патент ОИЯИ, №2451435 и Патент ОИЯИ, №2477936). Магнитные диполи имеют одну и ту же конструкцию, за исключением поперечного размера диполя h. Величина h в выводных диполях выбирается меньшей, чем глубина проникновения частиц с энергией, равной энергии вывода уm (h<уm). В диполях ведущего магнитного поля соотношение обратное, h>уm, и поэтому частицы в них всегда отражаются и образуют замкнутые орбиты.

Ускорители с постоянными магнитами в обеих системах, как в системе ведущего магнитного, так и в системе вывода частиц, найдут применение в медицине, промышленности и научных исследованиях. Отсутствие источников питания магнитов позволит создавать дешевые в эксплуатации и создании компактные ускорители для медицины (онкология) с энергией 200-600 МэВ.


СПОСОБ МЕДЛЕННОГО ВЫВОДА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ЦИКЛИЧЕСКОГО УСКОРИТЕЛЯ
СПОСОБ МЕДЛЕННОГО ВЫВОДА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ЦИКЛИЧЕСКОГО УСКОРИТЕЛЯ
СПОСОБ МЕДЛЕННОГО ВЫВОДА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ЦИКЛИЧЕСКОГО УСКОРИТЕЛЯ
СПОСОБ МЕДЛЕННОГО ВЫВОДА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ЦИКЛИЧЕСКОГО УСКОРИТЕЛЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 16.
14.09.2018
№218.016.87be

Способ профилактики снижения мышечной силы при острой лучевой болезни в эксперименте

Изобретение относится к экспериментальной медицине, космонавтике, в частности, для обеспечения физической работоспособности космонавтов при корпускулярном облучении, а также сохранения жизненного статуса пациентов при протонной терапии онкологических заболеваний. Животному после однократного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666937
Дата охранного документа: 13.09.2018
23.09.2018
№218.016.8a77

Энергонезависимый защитный клапан для дрейфовой камеры, работающей в вакууме

Изобретение относится к области защиты аппаратуры для газовых систем низкого давления. Клапан пропускает заданный поток в любом направлении, но перекрывает его при нарушении рабочих условий. Защитный клапан содержит полый корпус, внутренняя полость которого представляет собой усеченный конус,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667595
Дата охранного документа: 21.09.2018
09.11.2018
№218.016.9b5c

Планарный полупроводниковый детектор

Планарный полупроводниковый детектор предназначен для регистрации излучений в ядерной физике, физике высоких энергий, а также в цифровых аппаратах, регистрирующих заряженные частицы, гамма-кванты и рентгеновское излучение. На обеих сторонах детектора выполнены контактные электроды в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672039
Дата охранного документа: 08.11.2018
13.01.2019
№219.016.af8e

Устройство для вывода заряженных частиц из циклического ускорителя

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для вывода частиц из циклических ускорителей. Устройство состоит из трех магнитных диполей, два из которых, входной и выходной, расположены под углом друг к другу, а третий диполь расположен параллельно входному диполю и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676757
Дата охранного документа: 11.01.2019
19.01.2019
№219.016.b19d

Способ анализа атомного состава органических веществ и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области анализа состава веществ и касается способа анализа атомного состава органических веществ. При осуществлении способа анализируемое вещество размещают в виде навески пробы массой 50-100 мг в специальной полости плазменной горелки, добавляют до 0.5 мл раствора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677501
Дата охранного документа: 17.01.2019
23.04.2019
№219.017.36b0

Устройство для наблюдения солнечной короны

Устройство для наблюдения солнечной короны состоит из телескопа, фотоприемника и компенсатора яркости из совокупности нескольких компенсационных элементов, расположенных в рабочем поле входной апертуры. Каждый компенсационный элемент состоит из диска диаметром D, расположенного на расстоянии L...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685557
Дата охранного документа: 22.04.2019
20.06.2019
№219.017.8d09

Устройство для исследования свойств строу трубки координатного детектора частиц

Изобретение относится к области исследования механических свойств оболочек материала строу трубок и прогнозированию срока службы строу в составе координатных детекторов частиц на их основе. Устройство решает задачу высокоточного измерения характеристик строу: области упругой и пластической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691770
Дата охранного документа: 18.06.2019
29.08.2019
№219.017.c48f

Способ моделирования химического поведения атомов сверхтяжелых элементов

Изобретение относится к области ядерной химии. Сущность изобретения: способ моделирования химического поведения атомов сверхтяжелых элементов (СТЭ) в газовой фазе заключается в том, что облученную на пучке ускоренных частиц мишень используют в качестве генератора радионуклида, являющегося...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698468
Дата охранного документа: 27.08.2019
10.09.2019
№219.017.c9a6

Способ повышения частоты образования двунитевых разрывов днк в клетках человека при действии ионизирующих излучений в условиях влияния радиомодификаторов

Изобретение относится к области медицины. Предложен способ повышения частоты образования двунитевых разрывов ДНК в клетках человека при действии ионизирующих излучений в условиях влияния радиомодификаторов. В качестве ингибиторов репарации ДНК перед облучением применяют комбинацию из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699670
Дата охранного документа: 09.09.2019
06.10.2019
№219.017.d327

Сверхпроводящий компактный изохронный циклотрон

Изобретение относится к сверхпроводящему компактному изохронному циклотрону. Изобретение может быть использовано при создании компактных изохронных циклотронов на сверхпроводящих магнитах в медицине для лечения онкологических заболеваний и новообразований, а также в научных исследованиях....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702140
Дата охранного документа: 04.10.2019
Показаны записи 1-10 из 12.
20.03.2013
№216.012.3071

Циклический ускоритель заряженных частиц

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в области физики частиц высоких энергий, промышленности, медицины и научных исследований. Технический результат - увеличение максимальной энергии при циклическом ускорении заряженных частиц в постоянном магнитном поле, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477936
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.04.2014
№216.012.b8ca

Способ индукционного ускорения электронов

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании индукционных циклических ускорителей промышленного назначения, например, для модификации и производства новых материалов, стерилизации медицинских инструментов и пищевых продуктов, дезинфекции медицинских и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513034
Дата охранного документа: 20.04.2014
27.07.2014
№216.012.e59d

Индукционный циклический ускоритель электронов

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в области физики частиц высоких энергий, промышленности, медицины и научных исследований. Заявленный циклический ускоритель электронов включает в себя отклоняющие дипольные магниты, индукционную ускоряющую систему, системы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524571
Дата охранного документа: 27.07.2014
25.08.2017
№217.015.a62a

Индукционный синхротрон с постоянным магнитным полем

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в области физики частиц высоких энергий, промышленности, медицины и научных исследований. Технический результат - ускорение в постоянном магнитном поле с почти постоянным радиусом орбит во всем диапазоне ускорения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608365
Дата охранного документа: 18.01.2017
25.08.2017
№217.015.c5ba

Способ синхронного ускорения заряженных частиц в постоянном магнитном поле

Изобретение относится к cпособу ускорения заряженных частиц. В заявленном способе инжектированные в ускоритель частицы ускоряются импульсами индукционного электрического поля, которые синхронизированы с импульсами тока ускоряемого пучка. Синхронизация импульсов осуществляется с помощью датчиков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618626
Дата охранного документа: 05.05.2017
20.01.2018
№218.016.10d7

Способ фокусировки пучков заряженных частиц

Изобретение относится к области и к способу фокусировки пучков заряженных частиц. В заявленном способе формируют систему магнитных полей, поочередно отклоняют ими частицы к оси и от оси системы, осуществляя таким образом жесткую фокусировку частиц, отклонение частиц проводят полями диполей с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633770
Дата охранного документа: 18.10.2017
13.02.2018
№218.016.212a

Способ медленного вывода пучка заряженных частиц

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к способам вывода частиц из кольцевых систем ускорителей и накопителей заряженных частиц, которые используют байпасные системы. Предлагаемый способ решает задачу уменьшения потерь частиц при медленном выводе с использованием байпасной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641658
Дата охранного документа: 19.01.2018
10.05.2018
№218.016.3aa5

Способ многооборотной инжекции заряженных частиц в циклический ускоритель

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в циклических ускорителях. Способ многооборотной инжекции заряженных частиц в циклический ускоритель заключается в том, что для ввода частиц на линейном участке орбиты ускорителя, частицы предварительно инжектируются в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647497
Дата охранного документа: 16.03.2018
13.01.2019
№219.016.af8e

Устройство для вывода заряженных частиц из циклического ускорителя

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для вывода частиц из циклических ускорителей. Устройство состоит из трех магнитных диполей, два из которых, входной и выходной, расположены под углом друг к другу, а третий диполь расположен параллельно входному диполю и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002676757
Дата охранного документа: 11.01.2019
29.04.2019
№219.017.40ed

Способ формирования ускоряющего напряжения в резонансном ускорителе заряженных частиц

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании резонансных ускорителей промышленного назначения. Способ формирования ускоряющего напряжения в резонансном ускорителе заряженных частиц заключается в возбуждении резонансных колебаний в коаксиальной линии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002395936
Дата охранного документа: 27.07.2010
+ добавить свой РИД