RU2059346C1 - Heavy-current linear ion accelerator - Google Patents

Abstract

FIELD: acceleration engineering; devices for accelerating charged particles. SUBSTANCE: proposed heavy-current linear ion accelerator has multibeam ion source, high-frequency oscillator, and multibeam accelerating cavity accomodating current-conducting rings arranged along its axis with drift tubes carrying retentive-material quadruples inside them placed uniformly over their circumference. Current-conducting rings are supported by set of two diametrically arranged mounts, those of adjacent rings being orthogonal. electric field at ends of cavity shield is adjusted and equalized by means of projections that have connections with four relatively perpendicular prongs as well as by contact devices displaced along current-conducting rings relative to main mounts. High-frequency power may be supplied either within accelerator by passing electron beams coaxial with ion beams which excite accelerating cavity and are held on by means of same system as ions. As an alternative, a simpler version is arrangement of HF oscillating device along axis of multibeam cavity of which the main part is two-gap cavity. Both in former and in latter version, electron energy in converted into HF oscillation energy. EFFECT: improved design. 4 cl, 2 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к устройствам, в которых происходит ускорение заряженных частиц за счет их эффективного взаимодействия с высокочастотным электрическим полем, и может быть использовано при создании барнер-реактора для трансмутации долгоживущих радионуклидов, содержащихся в радиоактивных отходах атомных электростанций. The invention relates to accelerator technology, namely, devices in which charged particles are accelerated due to their effective interaction with a high-frequency electric field, and can be used to create a barn reactor for transmutation of long-lived radionuclides contained in radioactive waste from nuclear power plants.

Известны сильноточные ускорители протонов Московской Лос-Аламосской мезонных фабрик [1,2] каждая из которых содержит ионный источник с системой формирования и транспортировки пучка, систему высокочастотного (ВЧ) питания и ускоряющие резонаторы. В первой части ускорителя используются резонаторы с трубками дрейфа, установленными на оси и размещенными в них фокусирующими магнитными квадруполями. Однако средний ток такого ускорителя ограничен рядом факторов, таких как продольная устойчивость, технический предел достижимых градиентов магнитного поля в фокусирующих квадруполях, мощность генераторов ВЧ-колебаний и возможности термостабилизации резонаторов. Эти факторы не позволяют достичь среднего тока ускоренного пучка 0,3 А и более, необходимого, например, для эффективной ядерной трансмутации долгоживущих радионуклидов. Кроме того, поперечные размеры резонаторов, работающих на типе колебаний Е₀₁₀, сравнимы с длиной волны генератора и составляют величину более 1,5 м.High-current proton accelerators of the Moscow Los Alamos meson factories [1,2] are known, each of which contains an ion source with a beam formation and transportation system, a high-frequency (RF) power system, and accelerating resonators. In the first part of the accelerator, resonators with drift tubes mounted on the axis and placed in them by focusing magnetic quadrupoles are used. However, the average current of such an accelerator is limited by a number of factors, such as longitudinal stability, the technical limit of attainable magnetic field gradients in focusing quadrupoles, the power of RF oscillators, and the possibility of thermal stabilization of the resonators. These factors do not allow reaching the average accelerated beam current of 0.3 A or more, necessary, for example, for effective nuclear transmutation of long-lived radionuclides. In addition, the transverse dimensions of the resonators operating on the type of oscillations E₀₁₀ are comparable with the wavelength of the generator and amount to more than 1.5 m.

Используемые в ускорителях тяжелых ионов резонаторы со встречными штырями более компактны, но сложны в настройке и не решают проблемы фокусировки больших токов в ускоряющем канале. Resonators with opposing pins used in heavy ion accelerators are more compact, but difficult to configure and do not solve the problem of focusing large currents in the accelerating channel.

Наиболее близким к предлагаемому является многопучковый ускоритель, основу которого составляет многоканальный ускоряющий резонатор. В нем традиционные трубки дрейфа при одноканальном варианте представляют собой пластины с несколькими отверстиями, которые совместно с соосными отверстиями соседних пластин образуют набор ускоряющих каналов. Для крепления пластин используется набор держателей. Наличие нескольких ускорительных каналов дает возможность повысить суммарный ускоренный ток. Однако за счет возрастания дополнительной межэлектродной емкости многократно увеличивается требуемая мощность ВЧ-питания, которая и ограничивает достигаемый ускоренный ток пучка. В нем отсутствует возможность вносить самостоятельную юстировку каждого из ускорительных каналов, если будут иметь место погрешности изготовления пластин-электродов. К тому же возникают трудности с размещением в каналах фокусирующих линз, а рекомендуемая для таких систем фазопеременная фокусировка не эффективна для больших токов, чувствительна к неравномерности распределения ВЧ-потенциала вдоль поверхности пластин и не позволяет ускорять сильноточные ионные пучки без потерь, что является необходимым условием для обеспечения радиационной чистоты ускорителя. Closest to the proposed is a multi-beam accelerator, the basis of which is a multi-channel accelerating resonator. In it, the traditional drift tubes in the single-channel version are plates with several holes, which, together with the coaxial holes of adjacent plates, form a set of accelerating channels. A set of holders is used to secure the plates. The presence of several accelerating channels makes it possible to increase the total accelerated current. However, due to an increase in the additional interelectrode capacitance, the required RF power supply is greatly increased, which limits the achievable accelerated beam current. It lacks the ability to make an independent adjustment of each of the accelerating channels, if there will be errors in the manufacture of electrode plates. In addition, difficulties arise with the placement of focusing lenses in the channels, and the phase-variable focusing recommended for such systems is not effective for high currents, is sensitive to the uneven distribution of the RF potential along the wafer surface, and does not allow accelerating high-current ion beams without loss, which is a necessary condition for ensure radiation purity of the accelerator.

Технический результат заключается в том, что в известном сильноточном линейном ускорителе ионов, содержащем генератор ВЧ-колебаний, многопучковый ионный источник, многопучковый ускоряющий резонатор, выполненный в виде цилиндрического экрана с торцевыми стенками и расположенных в нем трубках дрейфа с держателями, закрепленными на внутренней поверхности экрана, держатели выполнены в виде токопроводящих колец, установленных в экране перпендикулярно его оси, при этом равномерно по окружности на токопроводящих кольцах размещены трубки дрейфа, снабженные магнитотвердыми квадруполями, а крепление токопроводящих колец осуществлено посредством двух диаметрально расположенных основных опор таким образом, что в соседних кольцах они расположены в ортогональных плоскостях. The technical result consists in the fact that in the known high-current linear ion accelerator containing an RF oscillator, a multi-beam ion source, a multi-beam accelerating resonator made in the form of a cylindrical screen with end walls and drift tubes located therein with holders mounted on the inner surface of the screen , the holders are made in the form of conductive rings installed in the screen perpendicular to its axis, while tubes d are placed uniformly around the circumference of the conductive rings of the reef equipped with magnetically hard quadrupoles, and the conductive rings are mounted by means of two diametrically located main supports in such a way that in adjacent rings they are located in orthogonal planes.

Кроме того, для достижения технического результата в сильноточном линейном ускорителе ионов на торцах экрана многопучкового ускоряющего резонатора выполнены кольцевые выступы с полутрубками, на внешних цилиндрических поверхностях которых установлены с возможностью углового перемещения вокруг оси симметрии резонатора четыре радиально ориентированных штыря, расположенных взаимно перпендикулярно и не имеющих контакта с внутренней поверхностью экрана, а на каждом из токопроводящих колец с трубками дрейфа установлены подвижные контакты, соединяющие внешнюю поверхность токопроводящего кольца и внутреннюю поверхность экрана, причем контакты установлены с возможностью перемещения по окружности кольца относительно основных опор. In addition, to achieve a technical result in a high-current linear ion accelerator, annular protrusions with semi-tubes are made on the ends of the screen of a multi-beam accelerating resonator, on the outer cylindrical surfaces of which four radially oriented pins are arranged, which are mutually perpendicular and do not have contact, around the axis of symmetry of the resonator with the inner surface of the screen, and on each of the conductive rings with drift tubes mounted movable kty connecting the outer surface of the conductive ring and the inner surface of the screen, and the contacts are installed with the possibility of movement around the circumference of the ring relative to the main supports.

Для достижения технического результата в сильноточном линейном ускорителе ионов генератор ВЧ-колебаний выполнен в виде набора высоковольтных электронных источников с системой электродов для формирования электронного пучка и магнитной системой для его фокусировки, установленных соосно дрейфовым трубкам, а величина смещения подвижных контактов относительно основных опор выбрана периодически промодулированной по длине ускорителя. To achieve a technical result in a high-current linear ion accelerator, the RF generator is made in the form of a set of high-voltage electronic sources with an electrode system for forming an electron beam and a magnetic system for focusing it mounted coaxially to drift tubes, and the magnitude of the displacement of the moving contacts relative to the main supports is selected periodically modulated along the length of the accelerator.

Для достижения технического результата в сильноточном ускорителе ионов генератор ВЧ-колебаний выполнен в виде высоковольтного источника электронов с системой формирования и транспортировки электронного пучка, расположенной вдоль оси симметрии многопучкового ускоряющего резонатора и выполненной в виде двух отверстий в торцах резонатора и трубки дрейфа электронов с фокусирующими магнитами, расположенной таким образом, что концы трубки дрейфа электронов закреплены на внутренних поверхностях кольцевых выступов, расположенных на торцах многопучкового ускоряющего резонатора, посредством двух или более радиально ориентированных держателей. To achieve a technical result in a high-current ion accelerator, the RF oscillator is made in the form of a high-voltage electron source with an electron beam formation and transportation system located along the symmetry axis of the multi-beam accelerating resonator and made in the form of two holes in the ends of the resonator and electron drift tube with focusing magnets, located so that the ends of the electron drift tube are fixed on the inner surfaces of the annular protrusions located on the torus ah multibeam accelerating cavity through two or more radially oriented holders.

На фиг.1 представлен предлагаемый ускоряющий резонатор, входящий в состав сильноточного линейного ускорителя ионов совместно с генератором ВЧ-колебаний, многопучковым ионным источником; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Figure 1 presents the proposed accelerating resonator, which is part of a high-current linear ion accelerator in conjunction with a generator of high-frequency oscillations, a multi-beam ion source; figure 2 section aa in figure 1.

Резонатор содержит цилиндрический экран 1 с торцевыми фланцами 2. Внутри экрана перпендикулярно оси установлены токопроводящие кольца 3, на которых равномерно по окружности размещены трубки дрейфа 4 со встроенными фокусирующими квадруполями на постоянных магнитах. Каждое кольцо крепится на внутренней поверхности экрана посредством двух диаметрально расположенных опор 5 таким образом, что опоры соседних колец взаимно перпендикулярны. The resonator comprises acylindrical screen 1 withend flanges 2. Inside the screen perpendicular to the axis,conductive rings 3 are mounted on whichdrift tubes 4 with integrated focusing quadrupoles with permanent magnets are placed uniformly around the circumference. Each ring is mounted on the inner surface of the screen by means of two diametrically located supports 5 so that the supports of adjacent rings are mutually perpendicular.

Ускоряющая система работает следующим образом. The accelerating system works as follows.

На рабочем виде колебаний резонансные элементы-кольца 3 с опорами 5 возбуждаются в противофазе, причем ВЧ-потенциал на каждом кольце имеет минимум в точке крепления опоры, а максимум в средней точке кольца между опорами. Поскольку опоры соседних колец взаимно перпендикулярны, точка с максимумом ВЧ-потенциала каждого кольца расположена напротив точки с минимумом потенциала соседних колец, в результате чего разность потенциалов между трубками дрейфа, расположенными вдоль окружности, остается постоянной. При этом в отличие от известных структур для формирования области ускоряющих полей используется большая часть резонансного элемента (вся окружность кольца), что позволяет минимизировать паразитные емкости, снизить бесполезные ВЧ-потери в электродах и повысить эффективность многопучковой ускоряющей системы. Структура магнитного поля на рабочем виде колебаний имеет квадрупольную симметрию. Силовые линии направлены вдоль оси резонатора, имеют противоположное направление в соседних 90-градусных секторах, образованных экраном 1, кольцом 3 и опорами 5, и замыкаются внутри кольца. Это обеспечивает сильную связь резонансных элементов и высокую добротность резонатора в целом. In the operating mode of oscillation, theresonant ring elements 3 withsupports 5 are excited in antiphase, with the RF potential on each ring having a minimum at the attachment point of the support and a maximum at the midpoint of the ring between the supports. Since the supports of adjacent rings are mutually perpendicular, the point with the maximum RF potential of each ring is located opposite the point with the minimum potential of neighboring rings, as a result of which the potential difference between the drift tubes located along the circle remains constant. In this case, in contrast to the known structures, a large part of the resonant element (the entire circumference of the ring) is used to form the region of accelerating fields, which minimizes spurious capacitances, reduces useless RF losses in the electrodes, and improves the efficiency of the multi-beam accelerating system. The structure of the magnetic field in the working form of vibrations has quadrupole symmetry. The lines of force are directed along the axis of the resonator, have the opposite direction in neighboring 90-degree sectors formed by theshield 1,ring 3 and supports 5, and are closed inside the ring. This provides a strong coupling of the resonant elements and a high quality factor of the resonator as a whole.

Для повышения эффективности ускоряющего резонатора необходимо обеспечить одинаковые амплитуды ускоряющего поля во всех зазорах, поскольку величины зазоров возрастают по мере ускорения ионов, а разность потенциалов между трубками дрейфа спадает на краях резонатора. Как показано на фиг.1, на каждом торцевом фланце резонатора выполнен кольцевой выступ 6 с полутрубками 7, на внешней цилиндрической поверхности которого установлены с возможностью азимутального перемещения четыре взаимно перпендикулярных штыря 8, которые не имеют электрического контакта с внутренней поверхностью экрана, а на каждом из колец с трубками дрейфа установлены подвижные контактные устройства 9, соединяющие внешнюю поверхность кольца и внутреннюю поверхность экрана. Штыри 8 используются для выравнивания поля в первых и последних зазорах резонатора. Регулируя их длину и ориентацию относительно опор, можно полностью компенсировать спад поля на краях, что проверено экспериментально на макете. Для компенсации спада поля в резонаторе с увеличивающимися по длине зазорами используются подвижные контактные устройства 9, позволяющие регулировать собственные частоты отдельных ячеек резонатора. Работоспособность их также подтверждена экспериментально. To increase the efficiency of the accelerating resonator, it is necessary to ensure the same amplitudes of the accelerating field in all the gaps, since the gaps increase as the ions accelerate, and the potential difference between the drift tubes decreases at the edges of the resonator. As shown in figure 1, on each end of the resonator flange is made anannular protrusion 6 withhalf tubes 7, on the outer cylindrical surface of which are installed with the possibility of azimuthal movement of four mutuallyperpendicular pins 8, which do not have electrical contact with the inner surface of the screen, and on each of rings with drift tubes mounted movable contact device 9, connecting the outer surface of the ring and the inner surface of the screen.Pins 8 are used to align the field in the first and last cavity gaps. By adjusting their length and orientation relative to the supports, it is possible to completely compensate for the decay of the field at the edges, which was tested experimentally on the layout. To compensate for the decay of the field in the resonator with increasing gaps along the length, mobile contact devices 9 are used, which make it possible to adjust the natural frequencies of individual cells of the resonator. Their performance is also confirmed experimentally.

Число параллельных ускорительных каналов n, кроме конструктивных соображений, будет определяться предельным током ускоренных частиц в одном канале I_{1′пред.} Если требуемый ток равен 1, то число каналов n=1/1_1'пред.The number of parallel accelerator channels n, in addition to design considerations, will be determined by the limiting current of accelerated particles in one channel I_1′pred. If the required current is equal to 1, then the number of channels n =_{1/1 1'lim} .

Например, на кольце диаметром 50 см можно разместить 30 трубок дрейфа диаметром по 5 см каждая. Если принять ускоренный ток в каждом канале равным 10 мА, то общий ток ускорителя составит 0,3 А. Это значение не является пределом для предлагаемой ускоряющей системы и может быть повышено как за счет увеличения количества каналов, так и за счет ускорения больших токов в каждом канале. For example, on a ring with a diameter of 50 cm, 30 drift tubes with a diameter of 5 cm each can be placed. If we take the accelerated current in each channel equal to 10 mA, then the total accelerator current will be 0.3 A. This value is not a limit for the proposed accelerating system and can be increased both by increasing the number of channels and by accelerating large currents in each channel.

Таким образом предлагаемая ускоряющая система способна ускорять ионные токи 0,3 А и более с минимальными затратами ВЧ-мощности. Thus, the proposed accelerating system is capable of accelerating ion currents of 0.3 A or more with minimal RF power consumption.

Мощный ВЧ-генератор является наиболее громоздкой и дорогой частью сильноточного ускорителя ионов, принци- пиальные трудности возникают также при вводе большой ВЧ-мощности в резонатор. Для достижения технического результата предлагается совместить мощный ВЧ-генератор с ускоряющей системой. Для этого каждый из ускоряющих каналов снабжен высоковольтным источником электронов и системой электродов, формирующей электронный пучок, соосный ионному. Элементы настройки при этом смещены относительно средних положений таким образом, что амплитуды ускоряющих полей в зазорах находятся в соответствии с соотношением
E_i= E

1+b_isin

, где Е_i напряженность электрического поля в i-ом зазоре;
Е_о среднее значение амплитуды электрического поля в зазорах резонатора;
l_i расстояние от первой полутрубки до центра i-го зазора;
v_эi скорость электронов в i-ом зазоре;
с скорость света;
λ рабочая длина волны ВЧ-колебаний;
b_i коэффициент модуляции поля, выбираемый в пределах 0<b_i<1.A high-power RF generator is the most cumbersome and expensive part of a high-current ion accelerator; fundamental difficulties also arise when a large RF power is introduced into the resonator. To achieve a technical result, it is proposed to combine a powerful high-frequency generator with an accelerating system. For this, each of the accelerating channels is equipped with a high-voltage source of electrons and a system of electrodes that forms an electron beam coaxial with the ionic one. At the same time, the tuning elements are shifted relative to the average positions so that the amplitudes of the accelerating fields in the gaps are in accordance with the relation
E_i =E

1 + b_i sin

where E_i the electric field strength in the i-th gap;
E_{about the} average value of the amplitude of the electric field in the gaps of the resonator;
l_{i the} distance from the first half-tube to the center of the i-th gap;
v_{ei is} the electron velocity in the i-th gap;
with the speed of light;
λ working wavelength of RF oscillations;
b_i the modulation coefficient of the field, selected in the range 0 <b_i <1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Энергия электронного пучка выбирается так, чтобы одновременно осуществлялась фокусировка как ионного, так и электронного пучка (возможно, в разных областях устойчивости). В силу того, что электроны имеют существенно большую скорость, электронный пучок в среднем не взаимодействует с основной ускоряющей гармоникой. Модуляция амплитуды электрического поля по заданному закону приводит к появлению в ускоряющем канале быстрой пространственной гармоники, фазовая скорость которой близка к скорости электронов. При взаимодействии этой гармоники с электронным пучком происходит преобразование его кинетической энергии в энергию ВЧ-колебаний на основной частоте резонатора (подобно тому, как это происходит в известной лампе бегущей волны). При этом исключаются технические трудности ввода большой ВЧ-мощности в резонатор, отсутствуют потери в подводящих фидерах и сокращаются габариты и стоимость установки в целом. The energy of the electron beam is chosen so that both ion and electron beams are focused at the same time (possibly in different stability regions). Due to the fact that electrons have a significantly higher speed, the electron beam on average does not interact with the main accelerating harmonic. The modulation of the electric field amplitude according to a given law leads to the appearance of fast spatial harmonics in the accelerating channel, whose phase velocity is close to the speed of electrons. When this harmonic interacts with the electron beam, its kinetic energy is converted to the energy of the HF oscillations at the fundamental frequency of the resonator (similar to what happens in the well-known traveling wave lamp). This eliminates the technical difficulties of introducing large RF power into the resonator, there are no losses in the supply feeders, and the overall dimensions and cost of the installation are reduced.

Совмещение в одном фокусирующем с помощью квадруполей на постоянных магнитах канале ионного и электронного пучков накладывает дополнительные требования на режим фокусировки, требует определенного соотношения скоростей ионов и электронов и ограничивает коэффициент преобразования энергии электронного пучка в энергию ВЧ-колебаний величиной 30-50% Многопучковый электронный источник с системами формирования может быть осуществлен в виде единого комплексного устройства и входить в состав многопучкового источника ионов, а может быть составлен из n параллельных элементов. The combination of the ion and electron beams in the channel focusing with the help of quadrupoles with permanent magnets imposes additional requirements on the focusing mode, requires a certain ratio of ion and electron velocities, and limits the coefficient of conversion of the electron beam energy into RF energy to 30-50%. A multi-beam electron source with formation systems can be implemented as a single integrated device and be part of a multi-beam ion source, or it can be occurrence of n parallel elements.

Для достижения технического результата, предусматривающего повышение КПД мощного генератора ВЧ-колебаний, совмещенного с ускоряющим резонатором, и упрощение его конструкции, узел генерации ВЧ-колебаний, включающий высоковольтный источник электронов, систему формирования и канал для электронного пучка, размещен по оси резонатора (фиг.1). To achieve a technical result, which involves increasing the efficiency of a powerful generator of RF oscillations combined with an accelerating resonator and simplifying its design, an RF oscillation generation unit including a high-voltage electron source, a generation system, and an electron beam channel are placed along the cavity axis (Fig. 1).

Канал содержит отверстия 10 в торцевых фланцах, выполненные на оси резонатора, трубку дрейфа электронов 11 с фокусирующими магнитами и зазоры 12, 13 в начале и конце резонатора. Каждый из концов трубки дрейфа закреплен на внутренней поверхности кольцевого выступа 6 посредством двух или более держателей 14. The channel containsholes 10 in the end flanges made on the axis of the resonator, anelectron drift tube 11 with focusing magnets, andgaps 12, 13 at the beginning and end of the resonator. Each of the ends of the drift tube is fixed on the inner surface of theannular protrusion 6 by means of two ormore holders 14.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При возбуждении в резонаторе рабочего типа колебаний в зазорах между трубкой дрейфа электронов и торцевыми фланцами возникает электрическое поле, взаимодействуя с которым, электронный пучок группируется и отдает свою кинетическую энергию. Количество, ориентация и длина держателей трубки дрейфа выбираются исходя из условий получения амплитуд полей в зазорах, требуемых для эффективного взаимодействия с электронным пучком. Электронный пучок с энергией 0,5 МэВ и выше может возбуждать сразу несколько резонаторов, при этом его параметры никак не связаны с параметрами ионного канала. Как показывают расчеты и макетирование сверхмощного ВЧ-усилителя "Реготрон", проведенные в МРТИ РАН, коэффициент полезного действия подобной системы может превышать 80% при генерируемой мощности 10 МВт и более в непрерывном режиме. Upon excitation of oscillations of a working type in the cavity, an electric field arises in the gaps between the electron drift tube and the end flanges, interacting with which the electron beam is grouped and gives off its kinetic energy. The number, orientation and length of the holders of the drift tube are selected based on the conditions for obtaining the field amplitudes in the gaps required for effective interaction with the electron beam. An electron beam with an energy of 0.5 MeV and higher can excite several resonators at once, while its parameters are in no way connected with the parameters of the ion channel. As calculations and prototyping of the Regotron heavy-duty RF amplifier performed at MRTI RAS show, the efficiency of such a system can exceed 80% with a generated power of 10 MW or more in continuous mode.

Следует особо подчеркнуть, что как в многопучковой, так и в однопучковой системах возбуждения ВЧ-мощности необходимо минимизировать потери электронов, так как электронные пучки (или один пучок) можно использовать многократно для возбуждения всех, расположенных по длине резонаторов, в которых ионы ускоряются до энергии необходимой величины. It should be emphasized that in both multi-beam and single-beam systems of excitation of RF power, it is necessary to minimize the loss of electrons, since electron beams (or one beam) can be used repeatedly to excite all located along the length of the resonators, in which ions are accelerated to energy necessary size.

Для повышения эффективности преобразования мощности электронного пучка в ВЧ-мощность в начале и между резонаторами может быть предусмотрено размещение группирователей. To increase the efficiency of converting the power of the electron beam to high-frequency power at the beginning and between the resonators can be provided for the placement of groupers.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет решить проблему создания сильноточного линейного ускорителя ионов с параметрами, удовлетворяющими требованиям электроядерного бридинга или трансмутации долгоживущих радиоактивных отходов. Оно дает возможность отказаться от дорогостоящего внешнего ВЧ-питания ускорителя и за счет многопучковости ослабить проблему использования мощного ионного пучка (мощность пучка равна около 450 МВт. Thus, the present invention allows to solve the problem of creating a high-current linear ion accelerator with parameters that meet the requirements of electro-nuclear bridging or transmutation of long-lived radioactive waste. It makes it possible to abandon the costly external RF power supply of the accelerator and, due to the multi-beam technique, weaken the problem of using a powerful ion beam (the beam power is about 450 MW.

Claims (4)

Translated fromRussian

1. СИЛЬНОТОЧНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ, содержащий генератор ВЧ-колебаний, многопучковый ионный источник, многопучковый ускоряющий резонатор, выполненный в виде цилиндрического экрана с торцевыми стенками и расположенных в нем трубок дрейфа с держателями, закрепленными на внутренней поверхности экрана, отличающийся тем, что держатели выполнены в виде токопроводящих колец, установленных в экране перпендикулярно его оси симметрии, при этом равномерно по окружности на токопроводящих кольцах размещены трубки дрейфа, снабженные магнитотвердыми квадруполями, а крепление токопроводящих колец осуществлено посредством двух диаметрально расположенных основных опор так, что в соседних кольцах они расположены в ортогональных плоскостях. 1. HIGH-CURRENT LINEAR ION ACCELERATOR, comprising an RF oscillation generator, a multi-beam ion source, a multi-beam accelerating resonator made in the form of a cylindrical screen with end walls and drift tubes located therein with holders fixed to the inner surface of the screen, characterized in that the holders are made in the form of conductive rings installed in the screen perpendicular to its axis of symmetry, while drift tubes equipped with a magnet are placed uniformly around the circumference of the conductive rings solid quadrupoles, and the fastening of the conductive rings is carried out by means of two diametrically located main supports so that in adjacent rings they are located in orthogonal planes. 2. Ускоритель ионов по п. 1, отличающийся тем, что на торцах экрана многопучкового ускоряющего резонатора выполнены кольцевые выступы с дрейфовыми полутрубками, на внешних цилиндрических поверхностях которых установлены с возможностью углового перемещения вокруг оси симметрии резонатора четыре радиально ориентированных штыря, расположенных взаимно перпендикулярно и не имеющих контакта с внутренней поверхностью экрана, а на каждом из токопроводящих колец с трубками дрейфа установлены подвижные контакты, соединяющие внешнюю поверхность токопроводящего кольца и внутреннюю поверхность экрана, причем контакты установлены с возможностью перемещения по окружности кольца относительно основных опор. 2. The ion accelerator according to claim 1, characterized in that on the ends of the screen of the multi-beam accelerating resonator there are made ring protrusions with drift half tubes, on the outer cylindrical surfaces of which are installed four angularly oriented pins located mutually perpendicular and not perpendicular to the axis of symmetry of the resonator having contact with the inner surface of the screen, and on each of the conductive rings with drift tubes mounted movable contacts connecting the outer surface conductive ring and the inner surface of the screen, and the contacts are mounted with the possibility of movement around the circumference of the ring relative to the main supports. 3. Ускоритель ионов пп. 1 и 2, отличающийся тем, что генератор ВЧ-колебаний выполнен в виде набора высоковольтных электронных источников с системой электродов для формирования электронного пучка и магнитной системой для его фокусирования, установленных соосно с дрейфовыми трубками, а величина смещения подвижных контактов относительно основных опор выбрана периодически промодулированной по длине ускорителя. 3. The ion accelerator 1 and 2, characterized in that the RF oscillator is made in the form of a set of high-voltage electronic sources with an electrode system for forming an electron beam and a magnetic system for focusing it, mounted coaxially with drift tubes, and the magnitude of the displacement of the moving contacts relative to the main supports is selected periodically modulated along the length of the accelerator. 4. Ускоритель ионов по пп.1 и 2, отличающийся тем, что генератор ВЧ-колебаний выполнен в виде высоковольтного источника электронов с системой формирования и транспортировки электронного пучка, расположенной вдоль оси симметрии многопучкового ускоряющего резонатора и выполненной в виде двух отверстий в торцах резонатора и трубки дрейфа электронов с фокусирующими магнитами, при этом концы трубки дрейфа электронов закреплены на внутренних поверхностях кольцевых выступов, расположенных на торцах многопучкового ускоряющего резонатора, посредством двух или более радиально ориентированных держателей. 4. The ion accelerator according to claims 1 and 2, characterized in that the RF oscillation generator is made in the form of a high-voltage electron source with an electron beam formation and transportation system located along the symmetry axis of the multi-beam accelerating resonator and made in the form of two holes in the ends of the resonator and electron drift tubes with focusing magnets, while the ends of the electron drift tubes are fixed on the inner surfaces of the annular protrusions located at the ends of the multi-beam accelerating resonator, by means of two or more radially oriented holders.

Images