Сильная (жесткая) фокусировка

С целью усиления аксиальной фокусировки пучка частиц необходимо создать магнитное поле, индукция которого резко спадает по радиусу (n>>1). В то же время для усиления радиальной фокусировки необходимо выполнение обратного условия (n<<0).

Для соблюдения этого, казалось бы, противоречивого требования применяют электромагнит, состоящий из большого числа секторов одинаковой протяженности, расположенных в чередующейся вдоль орбиты последовательности. При этом ток в соседних секторах электромагнита резко спадает или резко возрастает. Два таких сектора образуют элемент периодичности магнита.

Так как в сильнофокусирующих ускорителях радиальный градиент магнитного поля при переходе от одного сектора к другому меняет свой знак, их называют установками со знакопеременным градиентом поля (слабофокусирующие – с постоянным градиентом поля).

Эффект фокусировки достигается за счет того, что частица в фокусирующем секторе всегда находится дальше от оси траектории, чем в дефокусирующем. При этом система двух секторов напоминает две оптические линзы (собирающую и рассеивающую), расположенные друг за другом. Принцип сильной фокусировки иллюстрируется рис.18.

Рис.18.

Условие устойчивости траектории частицы в сильнофокусирующих ускорителях сложнее, чем в слабофокусирующих. В грубом приближении оно имеет вид:

N~(2-3)n^1/2

где N – число элементов периодичности.

Значения n достигают нескольких сотен, поэтому амплитуда колебаний невелика, и сечение вакуумной камеры, а также вес электромагнита, можно сделать относительно небольшими.

Используя сильную фокусировку, можно создавать ускорители с энергией до 500 ГэВ. При этом синхрофазотрон – ускоритель протонов – имеет диаметр магнита около 2 км, сечение вакуумной камеры 10х5 см.

Следует отметить, что рост энергии частиц возможен только до некоторого предела, так как проявляется большое число резонансных эффектов. Поэтому существует много запрещенных значений n как для сильно-, так и для слабофокусирующих устройств. При этом для получения определенных значений n необходима высокая точность монтажа электромагнита (так, при длине орбиты в тысячи метров ошибка в установке секторов не должна превышать несколько десятых долей миллиметра).

Дата добавления: 2014-01-04