Синхротрон и изохронный циклотрон

В синхротроне f ВЧ переменная

f= qB/m = qBc²/2pm₀c²(1 +E_k/m₀c²)

f совпадает с частотой вра­щения лишь небольшой группы частиц.

Синхротрон работает в импульсном режиме с частотой повторения циклов, равной частоте модуляции высокого напряже­ния. Длительность отдельного импульса порядка сотен микросе­кунд. Вследствие этого ток ускоренных частиц не превосходит 2—3 мкА, наружу выводится лишь несколько процентов внутреннего тока.

DE/E @ 10^-2 , внутренняя мишень может служить источником мезонов. Ускоряются протоны, дейтоны и a-частицы сотен МэВ. E_pmax 800—1000 МэВ.

Циклотрон с ази­мутальной вариацией магнитного поля (изо­хронный циклотрон). f_ВЧ= const. <B> увеличивается по радиусу и варьируется по азимуту. Фокусирующие силы больше дефокусирующих. Токи близки к циклотронным, энергия достигает нескольких сотен МэВ. Предусматривается изме­нение энергии частиц в десять и более раз. DE/E @ 0,2%

Задача. Оценить радиус и массу магнита гатчинского синхроциклотрона на 1 ГэВ при B = 2 Тл.

r = Е_полн/qBc = (931 + 1000) *1,610^-13 /1,610^-192*310⁸ = 3,2 м

Синхротроны

  Циклические ускорители с переменным во времени магнитным полем и изменяемой частотой.

Частица движется по окружно­сти с постоянным радиусом внутри тороидальной камеры. Магнит ускори­теля кольцевой с радиусом до нескольких тысяч м, а энергию частиц до сотен ГэВ. режим работы – импульсный (5 - 10 имп/мин с 10¹²-10¹⁴ p/имп)

В электронных синхротронах после инжектора v_e = c f = const и изменяется только B.

Электро­ны при движении по окружности генерируют тормозное излучение. Интенсивность растёт с уменьшением R и увеличением E.

При E_e = 10 ГэВ и R = 30 м потери на излучение за 1 оборот составляют 29,5 МэВ. I_e несколько мкА

Электронные синхротроны создаются для генерации синхротронного излучения,

Например, на Курчатовском источнике СИ, который относится источникам 2-го поколения, энергия электронов равна 2.5 ГэВ. У первых источников время жизни электронов в кольце составляло около часа, у второго поколения — 10 часов, у третьего приближается к 100 часам.

Курчатовский источник синхротронного излучения (КИСИ) представляет собой сложный инженерный комплекс, в состав которого входит форинжектор - линейный ускоритель электронов на энергию 80-100 МэВ, малое накопительное кольцо «Сибирь-1» на энергию 450 МэВ и большое накопительное кольцо «Сибирь-2» на энергию 2,5 ГэВ. Комплекс предназначен для генерации ярких пучков электромагнитного излучения в ИК, УФ и рентгеновской областях спектра в диапазоне длин волн от 0,1 до 2000 .Проектные параметры

Параметры накопителей	«Сибирь-2»	«Сибирь-1»
Энергия, ГэВ	2.5	0.45
Ток (однобанчевый режим), мА	100	150
Ток (многобанчевый режим), мА	300
Длина орбиты, м	124.1	8.7
Критическая энергия СИ, кэВ	7.1	0.21
Горизонт. эмиттанс, нм*рад	76	880
Число пучков из поворот. магнитов	24	8
Время жизни, час	10	6
Длина сгустка, см	4.4	60
Число прямых участков	9
Поле поворотного магнита, Т	1.7	1.5

Линейный ускоритель

Накопитель «Сибирь-1»

Накопитель «Сибирь-2»