21.4.3. Электронные циклотроны

Электронный циклотрон, или микротрон, является ускорителем, в котором все орбиты частицы касаются друг друга в одной точке ускоряющего зазора резонатора, как это показано на рис. 21.11, а и б.

Рис. 21.11. Электронный циклотрон или микротрон. Ускоритель работает на частоте а — электрическая схема и орбиты частиц; магнит в сборе; в — токи на различных орбитах. (См. [79, 61].)

Этот вид ускорителя был впервые предложен Векслером [168] и позднее построен в нескольких вариантах [63, 137, 178, 179]. Электрон запаздывает по фазе на один период за каждый оборот в постоянном магнитном поле и получает постоянное приращение энергии при каждом прохождении через зазор резонатора. Можно показать [79, 228], что радиусы последовательных орбит различаются на а времена оборотов превышают эту величину в раз. Разность времен оборотов равна периоду высокочастотного колебания, если

В простейшем случае выбирается равным Типичные кривые орбитального тока, полученные с помощью подвижного зонда, приведены на рис. 21.11, в.

Проблема инжекции обычно решается просто: ускоряются покоящиеся электроны, источником которых является автоэлектронная эмиссия с краев зазора резонатора. Вывести пучок частиц из системы сравнительно просто из-за большого разделения орбит. Электроны в микротроне обладают фазовой устойчивостью, если они проходят зазор в резонаторе после того, как электрическое поле достигло своего максимума. Эта устойчивость позволяет ввести спадание с радиусом магнитного поля, что обеспечивает фокусировку относительно средней плоскости. Связанное с ускорением увеличение массы электрона также приводит к уменьшению поперечной составляющей скорости, поскольку поперечный момент сохраняется. Было проделано [ более детальное исследование условий устойчивости. Для увеличения эффективности работы резонатор, вообще говоря, должен обладать наибольшим входным сопротивлением и добротностью, которые возможны при данной геометрии прибора, определяемой орбитами частиц.

Конструкция и работа микротрона на описаны Гендерсоном, Хейманом и Дженинсом Прибор работал на частоте при индукции магнитного поля около Диаметр конечной орбиты составлял около 30 см, источником питания служил генератор, генерирующий импульсы мощностью длительностью 2 мксек с частотой повторения 200 гц. Последовательно с резонатором включалась активная нагрузка, и для обеспечения оптимальной стабильности частоты фазовращатель настраивался таким образом, чтобы генератор был удален от резонатора на целое число полуволн. Построенный позднее ускоритель [179, 213], работавший на той же частоте, но при входной мощности в и диаметре полюсов создавал узкий пучок со средним током и энергией Кайзер и Маес сконструировали микротрон на с рабочей частотой При входной мощности в можно работать в режимах набора 102, 127, 170 и 255 кэв энергии за каждый пролет. Разработка и отладка микротронов вместе с результатами экспериментов описаны Кайзером [78], где также приведена конструкция на рабочую частоту Были сконструированы также другие ускорители, сходные по принципу действия [202, 204, 210, 219, 221, 222, 225, 227].