束流输运系统

更新时间:2022-08-25 13:35

束流输运系统,即在加速器之间设置的一系列粒子传输元件的组合。广义的,可以把从粒子发射装置和之间的所有元件统称为束流输运系统。

简介

传输元件

最常用的传输元件有二极磁铁,开关磁铁,四极电磁透镜,六极、八极等多极磁铁,螺线管,聚束器,能散调节器等。有的束流输运系统还配置有粒子分离器、束流导向器、束流准直器或光阑、冲击磁铁、扭曲磁铁、切割磁铁、聚束磁铁以及废流收集器等专用传输元件。通常,这些元件按照其对粒子运动的作用,可以分为三大类。

①横向聚焦元件,如四极透镜和螺线管等;

②纵向变换元件,如聚束器和能散调节器等;

③偏转元件,如二极磁铁、静电偏转器和高频扫描偏转器等。这些传输元件的组合,不仅可实现束流的传输,还能根据需要改变束流的性能和参量,如束流几何形状、脉冲宽度、发散度匹配、能量分辨率以及时间结构等。

二极磁铁

即偏转磁铁。在其磁场的作用下,束流中心轨道被偏转成圆弧形,如图1所示。

假设中心轨道(半径)的磁场为,则在中央平面上任一点处的场为:

式中:为场指数。

带电粒子在这种场中的运动满足克斯特-塞贝尔(Kerst-Serber)方程:

当0<<1时,束流在和两方向均聚焦。

不同动量的粒子在偏转磁铁中通过的平衡轨道不同,此即色散效应,可用于对束流质量、电荷的选择,能量分析以及实现束流的色散匹配等。但是,有时要在一定几何空间利用全部束流,这就需要设计消色差磁铁系统。

四极透镜

可以分为磁四极透镜和电四极透镜两类(如图2所示)。在四极透镜的轴线上,磁场或电场等于零。在它的有效孔径内,磁场或电场是线性分布的,即有

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