Сильная фокусировка - Strong focusing

Секступольный электромагнит как используется в кольцо для хранения из Австралийский синхротрон к фокус и управлять электрон луч

В физика ускорителя сильная фокусировка или же переменно-градиентная фокусировка принцип, согласно которому чистое воздействие на пучок частиц заряженных частиц, проходящих через переменные градиенты поля, заставляет луч сходиться. Напротив, слабая фокусировка Это принцип, согласно которому соседние круги, описываемые заряженными частицами, движущимися в однородном магнитном поле, пересекаются только один раз за оборот.

Теорема Ирншоу показывает, что одновременная фокусировка сразу в двух направлениях невозможна. Тем не мение, ребристые столбы из циклотрон или два или более разнесенных квадрупольные магниты (расположены в квадратура ) поочередно сфокусируйтесь по горизонтали и вертикали.[1][2]

Сильная фокусировка впервые была придумана Николас Христофилос в 1949 году, но не опубликовано (вместо этого Кристофилос решил запатентовать свою идею),[3] В 1952 году принцип сильной фокусировки был независимо разработан Эрнест Курант, М. Стэнли Ливингстон, Хартланд Снайдер и Дж. Блюетт в Брукхейвенская национальная лаборатория,[4][5] который позже признал приоритет идеи Христофилоса.[6] Затем были быстро реализованы преимущества сильной фокусировки, и они были применены на Синхротрон с переменным градиентом.

Курант и Снайдер обнаружили, что общий эффект чередования градиента поля заключался в том, что как вертикальную, так и горизонтальную фокусировку протонов можно было сделать сильной одновременно, что позволило жестко контролировать пути протонов в машине. Это увеличило интенсивность пучка при одновременном снижении общей стоимости строительства более мощного ускорителя. Эта теория произвела революцию в конструкции циклотрона и позволила использовать очень высокие напряженности поля, при этом значительно уменьшив размер необходимых магнитов за счет минимизации размера луча. Большинство ускорителей частиц сегодня используют принцип сильной фокусировки.

Многополюсные магниты

Квадрупольный электромагнит от кольцо для хранения из Австралийский синхротрон служит той же цели, что и секступольные магниты.

В современных системах часто используются многополюсные магниты, такие как квадруполь и секступольные магниты, чтобы сфокусировать луч вниз, как магниты дают более мощный эффект отклонения, чем прежние электростатические системы, при высоких кинетических энергиях пучка. Многополюсные магниты повторно фокусируют луч после каждого участка отклонения, поскольку участки отклонения обладают эффектом расфокусировки, которому можно противодействовать с помощью "линзы" сходящегося магнита.

Схематично это можно показать как последовательность расходящихся и сходящихся линз. Квадруполи часто располагаются в виде так называемых шаблонов FODO (где F фокусируется по вертикали и расфокусируется по горизонтали, а D фокусируется по горизонтали и дефокусируется по вертикали, а O - пространственный или отклоняющий магнит). Следуя за частицами пучка по их траекториям через фокусирующее устройство, можно будет увидеть колеблющуюся картину.

Математическое моделирование

Воздействие на набор заряженных частиц со стороны набора линейных магнитов (то есть только диполей, квадруполей и бесполевых дрейфовых областей между ними) можно выразить в виде матриц, которые можно перемножить, чтобы получить общий эффект, используя анализ матрицы переноса лучей.[7] Термины более высокого порядка, такие как секступоли, октуполи и т. Д., Можно обрабатывать множеством методов, в зависимости от интересующего явления.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Курант, Э.; Снайдер, Х.С. (Январь 1958 г.). «Теория синхротрона с переменным градиентом» (PDF). Анналы физики. 3 (1): 360–408. Bibcode:2000AnPhy.281..360C. Дои:10.1006 / aphy.2000.6012.
  2. ^ Концепция переменного градиента
  3. ^ Христофилос, Н.С. (1950). «Система фокусировки ионов и электронов». Патент США № 2736799..
  4. ^ Курант, Э.; Ливингстон, М.С.; Снайдер, Х.С. (1952). «Синхротрон с сильной фокусировкой - новый ускоритель высоких энергий». Физический обзор. 88 (5): 1190–1196. Bibcode:1952PhRv ... 88.1190C. Дои:10.1103 / PhysRev.88.1190. HDL:2027 / mdp.39015086454124.
  5. ^ Блюетт, Дж. П. (1952). «Радиальная фокусировка в линейном ускорителе». Физический обзор. 88 (5): 1197–1199. Bibcode:1952ПхРв ... 88.1197Б. Дои:10.1103 / PhysRev.88.1197.
  6. ^ Курант, Э.; Ливингстон, М.С.; Снайдер, Х.С.; Блюетт, Дж. (1953). "Происхождение принципа" сильной фокусировки ". Физический обзор. 91 (1): 202–203. Bibcode:1953PhRv ... 91..202C. Дои:10.1103 / PhysRev.91.202.2.
  7. ^ Фокусировка луча

внешняя ссылка