地通过消除对磁体以及这些设备的电源电压源改变粒子束的方向的方法和设备、辐射源、 和控制电压源的需求来在不损失强度的情况下加速器、对撞机、用于获取磁场的装置 使射束旋转大角度、显著地简化设计、以及同时 |
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| 申请号 | CN201280003164.9 | 申请日 | 2012-05-25 | 公开(公告)号 | CN103180912B | 公开(公告)日 | 2016-12-07 |
| 申请人 | 姆拉丁·阿布比奇罗维奇·库马科夫; | 发明人 | 姆拉丁·阿布比奇罗维奇·库马科; 夫; | ||||
| 摘要 | 减小所有设备的 质量 和尺寸。本 发明 涉及包括用于定向带电粒子、实现其 加速 和交互、以及产生由其运动引起的 辐射 的手段（即，用于改变加速带电 粒子束 的方向的方法、用于实现所述方法的设备）、波荡器 电磁辐射 源、带电粒子的线性和循环加速器、以及对撞机和用于产生由加速带电粒子流创建的 磁场 的装置的组。该方法以及实现该方法的设备基于对用于传送粒子的由能够充电的材料制成的弯曲通道（1）的使用、以及与粒子种类相同的电荷在通道内表面上的形成。这些发明的特征在于，它们需要维持使粒子的 能量 和电荷与通道的几何参数（特别是其纵轴（14）的 曲率 半径R）以及壁材料的电气强度相关的条件。该组中的其他设备包括用于改变射束方向的设备，该设备根据相应设备的功能将粒子的轨迹限定在这些设备内部以产生所需形状，并且使射束聚焦。技术效果是有可能具体 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于改变加速的带电的粒子的束的运动方向的方法，其中所述束的转向通过其注射到弯曲的通道中来执行，所述弯曲的通道具有能够起电的材料制成的壁、且在存在其电荷符号与所述粒子的束的电荷符号相同的壁的起电的情况下通过所述通道传送所述束，其特征在于，所述通道具有平滑线形状的纵轴，并且通过满足以下比率来执行加速的带电的粒子通过所述通道的传送，所述比率使所述束中的所述粒子的能量E和电荷Q与所述壁材料的介电强度Ues和所述通道的几何参数相关，所述通道的几何参数即所述纵轴的曲率的最小半径R、所述壁的最小厚度d、以及位于所述通道的内表面的相同法线上的通道截面中的所述内表面的两个点之间的最长距离h： |
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| 说明书全文 | 改变粒子束的方向的方法和设备、辐射源、加速器、对撞机、用于获取磁场的装置 [0001] 本发明涉及工程物理学，更具体地涉及用于控制带电粒子的运动、提供其加速和交互、且接收在其运动期间发生的辐射的装置，即：改变加速带电粒子(电子、质子、离子)束的运动方向的方法、用于实现该方法的设备、波荡器电磁辐射源、带电粒子的线性和循环加速器、对撞机、以及接收由加速带电粒子的电流产生的磁场的装置，这些装置都包括所述设备。 [0002] 使用改变带电粒子束的运动方向、使那些粒子的电荷与电极电荷相关于粒子轨迹的行进进行交互、或者使运动粒子的电荷与磁场进行交互的方法是众所周知和广泛流传的。具体而言，在电子束管的射束偏转系统中使用这些方法(电子仪器设备百科词典，莫斯科，“苏联百科全书(Soviet Encyclopedia)”[1]出版社，第357-358页)在将带电粒子束的动能转换成电磁辐射能量的设备中也可使用类似的方法，这些设备包含产生磁场的一系列交替的电极或磁体，该磁场的方向沿着该设备周期性地改变(参见物理学百科全书，“俄罗斯综合百科全书(Comprehensive Russian Encyclopedia)”出版社，莫斯科，1998[2]第3卷第406-409页以及[1]第339页)在存储环以及带电粒子的循环加速器中也可使用基于在磁场的帮助下控制带电粒子束的方法(参见[2]第3卷第241页、第5卷第246-253页、以及[1]第572页)。所述一组方法以及实现该方法的设备的共同特征是需要电压及其控制的外部源。 因此，实现这些方法需要复杂的装备。使用受控磁场的设备特别复杂并且在重量和尺寸方面特别大。然而，这些方法和设备允许射束以大角度转向，从而提供带电粒子沿着形状错综复杂的弯曲轨迹运动。 [0003] 另一组用于改变带电粒子束的运动方向的方法以及实现该方法的设备是已知的。该组的方法之一想要在其界面间隙内部使用弯曲晶体以及隧穿(channeling)带电粒子(N.F.Shul'ga、V.I.Truten'、I.V.Kirillin的快速带电粒子束通过弯曲晶体(Passage of the Beams of Fast Charged Particles through the Bent Crystal)，“哈尔科夫大学的先驱(Herald of the Kharkiv University)”，No.887，2010，物理丛书“原子核、粒子、磁场”，1/45/期，第54-64页[3])。在文献[3]给出的示例中，带正电粒子束的转向角等于250微弧度。USSR发明人证书No.1064792[4](1985年1月15日公布)描述了基于那些原理的方法和设备，其允许使初始射束的分离部分转动不同的角且随后使其聚集以实现聚焦。然而，如在发明人证书[4]中提及的，只有初始射束的约5％的粒子可暴露于变换模式。此外，由于关于电子的散射以及晶格原子的热振荡，将晶体的界面间隙用于粒子的输送对粒子停留在通道中的时间施加了相当大的限制。例如，在射束中电子有约1GeV能量的情况下，特征隧穿长度接近于1微米，即所输送粒子极快地去通道化。此组的其他方法和设备使用来自弯曲晶体或直晶体的若干顺序反射来使粒子束转动。在第一种情况下，使用与弯曲原子面正切的区域中的带电粒子的若干顺序反射，从而导致粒子在相反方向上相对于弯曲部的偏离(物理学之带电粒子束和加速装备，“基础物理学的新闻和问题(News and Problems of Fundamental Physics)”，俄罗斯联邦国家研究中心，高能量物理学学会(Protvino)，2010，No.1(8)，第28-39页[5])。然而，这些设备在转动离子束方面的效率随着射束转向角的增大而急剧地下降(例如，对于质子束，介于在0.6°的转向角为0.1与在4.5°的角为0.001之间)。 该组方法和设备的共同优点在于，其完全无源性、既不需要电源也不需要控制。 [0004] 此外，经由其传输通过具有圆形截面的直介电通道来实现带电粒子束的运动方向的改变，所述运动方向被调整成与初始粒子束的方向成一角度(参见N.Stolterfoht、V.Hoffmann、R.Hellhammer等人的“3keV Ne7+离子通过在PET聚合物中蚀刻的毫微毛细管的导向传输(Guided transmission of 3keV Ne7+ions through nanocapillaries etched in a PET polymer)”，“物理研究部分B中的核仪器和方法：与材料和原子的射束交互(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section.B:Beam Interactions with Materials and Atoms)”，第203卷，2003年4月，第246-253页[6])。这些方法和设备表征为传输对转向角的强依赖性：在20°的转向角，通道出口处的粒子束的强度比入口处的粒子束的强度小两个数量级。该组还包括在文献[7](K.A.Vokhmyanina的使用介电通道控制正离子束(Controlling the Beams of Positive Ions Using Dielectric Channels)，物理数学学科的候选论文(Dissertation for the degree of candidate of physico-mathematical sciences)，莫斯科，MGU，2007年)第81-96页中描述的方法和设备。该设备表示一对平行的介电晶片，其间的间隙形成带电粒子输送的通道。射束转向可通过两个选项之一来实现。第一选项实质上与在文献[6]中描述的没有区别：作为所述平行晶片的平面的上述通道相对于初始射束的方向调整一角度。根据第二选项，首先通过其中所述平面与射束方向平行地对齐的通道传送射束。然后，两个平面绕与其垂直的轴转动某一角度。在平面的小转向角处(具有1°÷2°的数量级)，通道出口处的射束变成几乎转向相同的角度。该方法无法被认为是方便的，因为与先前的方法相比，在通道出口处，有必要首先获取其方向与初始方向一致的射束，即该设备无法即时配置成获取具有所需方向的射束。此外，可实现的转向角小。除了最后一种方法的所述不便以外，与先前相同的该组方法和设备的共同积极特征在于，它们既不需要电源也不需要复杂的控制。 [0005] 以类似优点为特征的用于改变加速带电粒子束的方向的其他方法和设备也是已知的。该组的方法和设备在日本专利申请No.2005-185522[8](2007年1月11日公布)以及Wei Wang、Dejun Qi、Deyang Yu等人的文章“低能量电子通过SiO2管的传输(Transmission of low-energy electrons through SiO2tube)”(“物理学期刊：会议丛书(Journal of Physics:Conference Series)”，163(2009)012093(IOP公布)，第1-4页[9])中进行了描述。在两种方法中，通过弯曲毛细管通道传送的射束来提供带电粒子束的运动方向的改变。在该实例中，根据申请[8]，经由从入口到出口变窄的锥形通道来进行传送，并且根据文章[9]，经由具有恒定直径的通道来进行传送。在该组的方法中(与在前一组方法中一样)，确定通过通道传送射束的可能性的因素是存在介电通道壁的起起电。在申请[8]中，没有关于传输的数据(传入和传出射束的电流之间的比率)。然而，该数据来自于由不同专家独立地获取且在文献[7](第19-21页)中给出的对锥形毛细管的实验研究的结果，即使在没有弯曲部时传输也不超过几个百分点。根据上述申请[8]，在弯曲的锥形毛细管中传输甚至更少。 这由弯曲通道传输甚至在恒定直径的情况下也相当地小的事实支持。根据文献[9]，以等于 15°的曲率角，传出和初始射束中的电流分别等于约18nA和4.1μA，即传输小于0.5％。虽然该射束转向角大于先前组的方法中的转向角，但是该转向角仍然小。此外，存在通道阻塞现象的可能性，该可能性在于传出射束在时间上变成中断的(参见F.F.Komarov、A.S.Kamyshan、Cz.Karwat的在传输通过绝缘毛细管的质子的角分布中的精细结构(A fine structure in angular distributions of protons transmitted through insulating capillaries)，“真空”，83(2009)，第51-53页[10])。同样，在专利申请[8]中注意到有阻塞的可能性。阻塞在经由在根据文献[9]的方法中使用的恒定直径的弯曲通道的射束传送期间也可明显地发生，因为阻塞源于通道壁上的过量电荷累积，这防止射束穿过出口。因此，因需要消除通道阻塞现象而加剧了创建能够在更高速传输时射束更大角度地转向的方法及相应设备的问题。 [0006] 最接近于改变带电粒子束的方向的所提出方法的是在文章[9]中描述的想要使用沿着其长度具有恒定截面大小的弯曲通道的方法。 [0007] 涉及改变加速带电粒子束的运动方向的方法的本发明旨在实现的技术效果在于，提供任意角的射束转向、同时增加初始射束粒子包含在转向射束中的部分、以及消除射束中断，从而保留以上讨论的最后一组的方法固有的简单性。 [0008] 在与所述最接近根据文章[9]的已知方法中相同的改变加速带电粒子束的运动方向的所提出方法中，所述射束的转向通过其注射到具有弯曲纵轴的通道中来实现，该通道的壁由能够起起电的材料制成。当存在通道壁的起起电时，射束经由所述通道传送，其中电荷具有与粒子束的电荷相同的符号。 [0009] 为了实现所述技术效果，与最接近的已知方法相比，本发明方法使用具有平滑线形状的纵轴的通道，并且遵循以下关系式进行加速带电粒子经由该通道的传送；该关系式使射束粒子的能量E和电荷Q与壁材料的电气强度Ues以及通道的几何参数(即，纵轴的曲率的最小半径R、壁的最小厚度d、以及位于所述表面的相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h)关联： [0010] E/Q [0011] 包括在关系式(1)中的物理值由SI单位表示，即[E]＝J、[Q]＝C、[Ues]＝V/m、[R]＝[d]＝[h]＝m。如果能量E由制外单位(即，电子伏特)表示，如可以是相关技术中的情况，则电荷Q应当由基本电荷(即，电子电荷)的数量表示，Q是E的整除数。 [0012] 假设遵循条件(1)，射束沿着通道运动，从而相对于通道壁的内表面的离其纵轴的曲率中心最远的一侧“挤压(squeeze)”、但不与壁碰撞。由此，在壁上不会累积过量电荷，这防止了粒子穿过通道以使电流随着射束沿着通道运动而减小，并且这可导致其阻塞的发生。运动通过通道的射束获得比通道开口的截面小的截面尺寸(即，射束聚焦)。通过遵循条件(1)，在射束转向角(当通道弯曲时通道纵轴的扭转角)的方面没有限制。通道中射束结构的更详细分析示出具有周期性地接近通道壁且移离的运动的粒子的波形性质的存在。 [0013] 使用所述的方法而转向的射束在其离开通道之后以及在其位于通道内部时都可使用。在第一种情况下，可通过选择通道的必要形状而以所需部位为目标；在第二种情况下，它可例如加速并且(在同样分别选择通道形状的情况下)它可以是电磁辐射源。根据本发明方法的使用进行转向的射束的所述方式组合的各个选项都是可能的。在下文中，一些选项将在用于实现本发明方法的设备以及包括该设备的其他设备的描述中提及。 [0014] 最接近于用于改变加速带电粒子束的方向的所提出设备的是从文章[9]中已知的设备，其示出沿着长度截面恒定的弯曲玻璃通道。 [0015] 关于用于改变加速带电粒子束的运动方向的设备的所提出发明旨在实现的技术效果在于，提供任意角的射束转向、同时传输增加以及防止通道阻塞现象。此外，与在那些所讨论的形状错综复杂的射束轨迹中的第一组的设备相比，所提出设备的设计允许获取具有实际上任何形状纵轴的平滑线形式的通道(以及相应形式轨迹的粒子束)，而无需用于产生使粒子轨迹弯曲的磁场的特殊装备。在下文中，在所提出发明的公开以及对不同具体情况下的其实现的描述中，将指定这些类型的技术效果，还将提及一些其他类型的所实现的技术效果。 [0016] 与最接近于在文章[9]中描述的已知设备相同的根据所提出方法的用于改变带电粒子束的运动方向的所提出设备包含用于传送所述粒子的具有弯曲纵轴的通道，该通道壁由能够通过其符号与所传送粒子相同的电荷起起电的材料制成。 [0017] 为了实现所述技术效果，与最接近的已知设备相比，在根据所提出发明的设备中，所述通道具有平滑线形式的纵轴，通过以下关系式使该纵轴的曲率的最小半径R与粒子束的最高能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于所述表面的相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0018] E/Q [0019] 包括在关系式(2)中的物理值如在关系式(1)中由SI单位表示，即[E]＝J、[Q]＝C、[Ues]＝V/m、[R]＝[d]＝[h]＝m。如果能量E由制外单位(即，电子伏特)表示，如可以是该技术中的情况，则电荷Q应当由基本电荷(即，电子电荷)的数量表示，Q是E的整除数。该评论适用于以下在其他所提出设备的特性中使用的所有类似关系式，这些设备包括用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出设备。 [0020] 在一种特定情况下，通道壁的内表面可具有圆形截面。在该实例中，关系式(2)中的值h等于所有值中的可具有所述截面的直径的最大值(因为这些值可沿着通道长度而变化)。 [0021] 在另一特定情况下，通道壁的内表面由两个平坦表面构成，并且其截面看起来像平行直线的两段(平坦表面通常被理解为由于使平面绕与其平行的轴或者绕彼此平行的若干此类轴弯曲而获取的表面)。在该实例中，关系式(2)中的值h等于所述平坦表面之间的最长距离(因为该距离可沿着通道长度而变化)。 [0022] 通过遵循关系式(2)，所提出设备的所述制备提供了所提出方法在该设备用途中的实现。由此，实现该设备的高速传输，并且有可能使其具有在通道中运动的射束的转向角实际上不受限的曲率的轴线。此外，不发生通道阻塞。 [0023] 由于对该表面充电(用从所传送射束接收到的新电荷来替代少数逃逸电荷)，通道壁的内表面的起起电在该设备启动时且在操作期间发生。由于表面预充电(具体而言，在使用拥有驻极体性质的材料制成通道壁时)，也可实现起电。通过遵循条件(2)，其符号与注射到通道中的射束粒子相同的所述电荷存在于通道壁上提供了带电粒子运动但没有通道阻塞且不接触其壁的可能性(当然，对与具有所讨论目的的所有上述以及其他已知和所提出装置相同的所提出设备的使用在提供带电粒子在高真空中运动的条件下进行)。 [0024] 其粒子最初的速度定向为在入口开口中几乎(取决于初始射束的发散)与通道纵轴的切线平行射束在沿着通道进一步运动的过程中获取小于通道开口的截面的横向尺寸，即由于由通道的可能带电壁产生的电场对射束粒子呈现的作用而使射束聚焦。通过同时满足条件(2)而存在壁起电允许射束克服通道弯曲，而同样不接触其壁。在该实例中，射束运动通过弯曲通道，从而相对于通道壁的内表面的离纵轴的曲率中心最远的一侧“挤压”、但不与壁碰撞。由此，在壁上不会累积过量电荷，这可防止粒子穿过通道以使电流随着射束运动通过通道运动而减小、且可使其阻塞。 [0025] 在所提出设备中，通道可变成不闭合的以及闭合的。在第一种情况下，该通道包括分别具有入口和出口开口的入口和出口对接端。这种通道独立地使用，并且作为在下文中提出的一些设备的技术使用。 [0026] 在具有非闭合通道的设备中，该通道长度的至少一部分可变成柔性的。在该实例中，该通道的与入口对接端相邻的部分被刚性地固定，而其余部分保持柔性。 [0027] 这种设备可配备有用于控制通道的非固定柔性部弯曲的装置。 [0030] 在所提出设备的通道的形状是固定的情况下且当其变成柔性时(在后一情况下存在和缺少用于控制弯曲的装置)，可向该通道提供在与其出口对接端相邻的通道部分中的特性x射线辐射的靶材中激活的靶。 [0032] 此外，该靶还可被制备成与其出口对接端相距某一距离的通道壁部分的内表面的靶材涂层。在该实例中，这种涂层和出口对接端之间的部分形成用于通过多个全外反射的x射线传送的通道。由于穿过这种通道，x射线辐射被准直以形成“铅笔式”x射线束[0033] 在实现具有该靶的所提出设备的通道的所述特定情况下，该设备可用于产生具有受控方向的带电粒子束和x射线束、或者按需取向的固定方向的射束。 [0034] 与实现所提出设备的通道的其他上述情况一起，所有上述情况都允许评估x射线源中所述设备的用途、电子设备系统、离子和辐射诊断和治疗、材料的微探测用装置、以及其他应用的多样性。 [0035] 如在上文中提及的，用于改变带电粒子束的运动方向的所提出设备可以是其他设备的构成部件，诸如具体而言，以下所述的所提出发明组中的各发明包括：电磁辐射源；带电粒子的线性和循环加速器；对撞机；用于获取由加速带电粒子的电流产生的磁场的装置。 [0036] 电磁辐射源是已知的，其中称为波荡器的辐射在预充电粒子沿着交替磁场中的周期性弯曲轨迹运动的过程中产生(文献[2]，第3卷，第406-409页)。这些源使用复杂的磁系统，该磁系统不利地影响其重量和尺寸。 [0037] 俄罗斯联邦发明专利No.1828382[12](1995年5月20日公布)描述了其中在制备成在两个平行平面上排列成一个在另一个上面且形成两个对称极的两个蛇形导体的磁系统的帮助下提供加速带电粒子沿着周期性弯曲轨迹的运动的波荡器，其中这些导体具有矩形截面且每一导体在极平面上的尺寸大于其在垂直方向上的尺寸。该源中的磁系统比在文献[2]中描述的典型情况简单，但是其恰好存在是使该设备更复杂的因素。波荡器的电磁辐射源也是已知的，其中在交替电场的帮助下提供加速粒子的轨迹的弯曲(参见文献[2]，第406页)；但是在该实例中，磁场还同时用于射束聚焦。由于产生磁场的装置的存在，这些设备也是复杂的。 [0038] 涉及波荡器的电磁源的所提出发明旨在实现的技术效果在于，由于在(出于该目的)不使用产生磁场的任何装置而保持射束聚焦的情况下提供了带电粒子束沿着弯曲轨迹的运动，因此简化了设计。 [0039] 所提出的波荡器的电磁辐射源以及任一上述已知源(在设计简化方面最接近于在专利[12]中描述的源)的共同特征是：存在用于形成具有弯曲部的加速带电粒子的轨迹且使沿着该轨迹运动的加速带电粒子束聚焦的装置。 [0040] 为了实现所述技术效果，所提出的波荡器的电磁辐射源与所述最接近的已知源相比，形成具有弯曲部的加速带电粒子的轨迹且使沿着该轨迹运动的加速带电粒子束聚焦的所述装置的功能组合在用于改变加速带电粒子束的运动方向的设备中，该设备包括用于传送所述粒子的具有弯曲纵轴的通道，通道壁由能够起电的材料制成。所述通道具有平滑线形状的纵轴，通过以下关系式使该纵轴的曲率的最小半径与所设计的波荡器电磁辐射源的射束粒子的最大能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于所述表面一相同法线上的通道横向截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0041] E/Q [0042] 如在用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出方法和设备的描述中提及的，使运动通过通道的射束聚焦，通道壁通过其符号与传送粒子相同的电荷来起电。在该实例中，该射束的轨迹由通道的纵轴所具有的且由于需要产生波荡器的电磁辐射而选择的所述平滑线的形状确定。由于有可能遵循条件(3)的粒子束的运动的这种性质，粒子轨迹的形状完全由通道的几何形状确定，这解释了完全不需要控制射束的任何附加装置的原因并且相应地简化讨论中的辐射源。 [0043] 当带电粒子运动通过弯曲通道时其轨迹曲率的存在导致产生与常规波荡器中相同的波荡器的电磁辐射。同时，有可能影响通过使弯曲通道具有其纵轴的该段弯曲部而产生的辐射的波谱性质或者其他性质，并且通过制作沿着通道长度其纵轴的相邻弯曲部之间的距离有变化的弯曲通道而获取更宽波谱的辐射。 [0044] 包括用于改变加速带电粒子的运动方向的所提出设备的多个所提出设备中的下一所提出设备是带电粒子的线性加速器。 [0045] 带电粒子的线性加速器是已知的，该线性加速器包含其中已产生具有加速电场的路径的真空通道(A.N.Lebedev、A.V.Shalnov的加速器的基础物理学和工程学(Basic Physics and Engineering of Accelerators)，莫斯科，Energoizdat，1981，第1卷[13]，第120-143页)。粒子加速，从而多次通过这些路径。通常还包含使加速粒子束聚焦的装置的这些加速器通常是具有极大的纵轴尺寸和高价格的固定资本(capital facilities)。这些因素使得其在研究实验室和医疗机构中的应用在实践中不可能。 [0046] 根据俄罗斯联邦发明专利No.2312473[14](2007年12月10日公布)的加速器也是已知的，该加速器包含制备成各自具有直线通道的若干加速区段的加速管道，这些加速区段使用包含偏转磁体的弯曲区段依次连接。在所述区段中，还进行经由管道传送的粒子束的磁性聚焦。加速器的这种设计使得加速粒子能够沿着具有平滑弯曲部(例如90度)的轨迹运动，这导致加速器的锯齿或蛇形。尽管存在粒子的轨迹，但是这种加速器是线性的，因为粒子在其中运动的速度在沿着通过依次连接的区段而形成的管道一次通过的过程、而不是其循环运动的过程中增加。由于该加速器的所述制备，与常规直线加速器相比，其最大尺寸可减小。然而，其包含射束聚焦磁装置和偏转磁体区段使其更复杂和昂贵。 [0047] 该已知线性加速器是与根据所提出发明的加速器最接近的加速器，所提出发明旨在实现的技术效果在于，由于消除了用于使粒子束聚焦且改变其运动方向的磁系统而使该设备的设计更简单和便宜、并且最终确保在研究实验室和医疗机构中使用加速器的可能性。 [0048] 与最接近于从专利[14]已知的加速器的所述加速器相同的所提出的带电粒子的线性加速器包含具有平滑弯曲部和使带电粒子束在经由该管道运动的过程中聚焦的装置的加速管道，还包含沿着加速管道排列的用于提高带电粒子束的运动速度的装置。 [0049] 为了实现所述技术效果，在所提出的加速器中，与最接近的已知加速器相比，具有用于使带电粒子束在经由该管道运动的过程中聚焦的装置的所述加速管道被制备成用于改变加速带电粒子束的运动方向的设备，其包含用于传送所述粒子的具有弯曲纵轴的通道，通道壁由能够起电的材料制成。所述通道制成具有平滑线形状的纵轴，通过以下关系式使该纵轴的曲率的最小半径R与设计线性加速器进行操作的粒子束的最高能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于所述表面相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0050] E/Q [0051] 如以上在用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出方法和设备的描述中提及的，使运动通过通道的射束聚焦，通道壁通过与所输送粒子相似的正或负电荷来起电。在该实例中，该射束轨迹的形状由通道的纵轴所具有的且在此情况下基于针对遵循条件(4)的必要性而减小加速器尺寸的考虑而选择的所述平滑线的形状确定。由于后者，允许减小加速器尺寸的粒子轨迹的弯曲部完全由通道几何形状确定，这解释了完全不需要控制射束的附加装置的原因并且相应地解释了讨论中的线性加速器简单的原因。 [0052] 此时，当用于提高带电粒子沿着所述通道运动的速度的装置变成静电的作为依次成对排列、且沿着通道间隔开的具有相反极性的电极时，发生最大简化。每一对中的在粒子运动方向上的第一电极应当是其极性与正在加速的粒子电荷的符号相反的电极。 [0053] 具体而言，所述平滑线(它是作为加速管道的所述通道的纵轴)可具有蛇形、螺旋线形状、或者在圆环表面上缠绕的螺旋线形状。 [0054] 所提出线性加速器的显著特定特征允许实现这种加速器在研究实验室和医疗机构中的广泛应用可接受的重量和尺寸参数。 [0055] 带电粒子的循环加速器是已知的，这些循环加速器包含电磁体、闭合成环的加速室、注射器、加速谐振器、以及相应的电源系统([2]，第5卷，第246-253页)。这些加速器具有很大的质量，表征为用于制造电磁体、加速室的复杂和昂贵的技术、安装整体设施的劳动密集型技术、以及使用电磁体和谐振器的特殊电源的必要性。 [0056] 根据俄罗斯联邦发明专利No.2265974[15](2005年12月10日公布)的“无铁”同步加速器也是已知的。在该加速器中，闭合加速室被制备成作为环的各部分的交替区段以及直线区段。作为所述环的各部分的各区段中的每一个由构成该区段的两个壁的两个同心排列的导通带以及相对于彼此平行的连接介电环制成，这些连接介电环构成另两个壁。每一区段中的导通带的一些端电互连，而其他端被设计成与电源的相反极连接。当如上所述地设计的区段连接到电源时，它们执行电磁体功能并提供射束聚焦。直线区段用于带电粒子的注射和去除以及加速谐振器的调适。 [0057] 从专利[15]已知的循环加速器是与所提出的加速器最接近的加速器。尽管该“无铁”加速器显著比典型加速器轻便，但是它在结构和技术上仍然是复杂的，具有大的重量和尺寸，并且需要确保正确地操作电磁体的特殊电源和控制装置。 [0058] 涉及带电粒子的循环加速器的所提出发明旨在实现的技术效果在于，改进重量和尺寸参数且由于没有所述复杂装置的设计而简化制造技术。 [0059] 与最接近的已知加速器相同的所提出的带电粒子的循环加速器包含具有用于使带电粒子束在配备有用于提高带电粒子的运动速度的装置的该室中运动的过程中聚焦的装置的闭合加速室，还包含用于将预先加速的带电粒子的初始射束注射到所述相机中的注射器。 [0060] 为了实现所述技术效果，在所提出的循环加速器中，与最接近的已知加速器相比，具有用于使带电粒子束在该室中运动的过程中聚焦的装置的所述闭合加速室被制备成用于改变加速带电粒子束的运动方向的设备，其包含用于传送所述粒子的弯曲通道，通道壁由能够起电的材料制成。所述通道制成具有平滑线形状的纵轴，通过以下关系式使该纵轴的曲率的最小半径R与设计该循环加速器进行操作的射束粒子的最高能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于所述表面相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0061] E/Q [0062] 此时，所述通道像环一样变成闭合。 [0063] 如以上在所提出方法的描述中提及的，使运动通过通道的射束聚焦，通道壁通过其符号与传送粒子相同的电荷来起电。在该实例中，该射束轨迹的形状由通道纵轴所具有的且在该实例中闭合的所述平滑凸线的形状确定，并且关于遵循条件(5)的必要性而选择其曲率。由于后者，粒子轨迹的弯曲和给予其闭合性质完全通过通道的几何形状来实现，这导致完全不需要附加射束控制装置并且因此导致讨论中的循环加速器简单。此时，当用于提高带电粒子沿着所述闭合通道运动的速度的装置变成静电的作为依次成对排列、且沿着通道间隔开的具有相反极性的电极时，发生最大简化。在每一对中，在粒子运动方向上的第一电极应当是其极性与正在加速的粒子电荷的符号相反的电极。 [0064] 当通道的纵轴成形的平滑线是凸线时，这样制备的循环加速器是优选的。此外，将注射器放置成有可能在由该通道构成的环的一侧(该侧朝向其纵轴的曲率中心)使初始射束的加速带电粒子注射到通道中是有利的。这可通过在沿着闭合的曲线轨迹运动的过程中射束粒子相对于通道壁的内表面的外周(它离曲率中心最远)侧“挤拢”来进行解释。为了使所述“挤压”始终相对于壁的相同侧(即，避免射束轨迹回折(曲率符号改变))，当管道纵轴成形的平滑线是凸线时，这种制备是优选的。注射器的所述优选位置还与所注意的状况相关联。在与射束“挤压”的一侧相对的一侧使初始射束粒子注射到通道中减少了已存在于通道中且进行循环运动的粒子可通过制备成使通道与注射器连接的孔从通道逃逸的可能性。 [0065] 为了使用所讨论的循环加速器作为带电粒子源，在由所述通道构成的环的一侧(该侧朝向与其纵轴的曲率中心相对的一侧)，源可被安装为形成其符号与加速带电粒子相同的带电粒子束。该源应当被安装成在从环形通道去除粒子的所需区域中使所述射束可定向到该环形通道的壁。 [0066] 以上所述的循环加速器同时是电磁辐射源。所获取的电磁辐射可具有取决于带电粒子的速度(能量)的相当宽的范围的频率(波长)。在非相对论性速度的情况下，能量越小，越接近无线电范围的辐射，而在相对论性速度的情况下，能量越高，越接近x射线和更硬x射线的辐射。通过使用具有控制带电粒子轨迹的磁原理的加速器的电磁辐射的已知源来类推，在第一种情况下获取的辐射可被称为回旋加速器而在第二种情况下可被称为同步加速器。 [0067] 当讨论中的循环加速器用作电磁辐射源时，它应当被包封在对所产生的辐射而言是不透明的外壳中，其中制备辐射出口窗。 [0068] 此时，如果循环加速器用于产生同步加速器辐射，则制备成环的所述通道可具有沿着其轴线的可变曲率。这允许获取具有不同频率的同步加速器辐射。在该实例中，在与以不同曲率为特征的所述环形通道的各部分相对应的外壳部分中制备上述辐射出口窗。 [0069] 用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出设备可用作其一部分的另一设备是对撞机，其是一种为相对加速带电粒子束的碰撞性能而设计的装置。 [0070] 从专著[13](第111-114页)可见，提供带电粒子束的交互的设备是已知的(根据现代术语为对撞机)，该设备包含一个闭合的环形管道或者通过其纵轴线相互交叉或接触的两个环形管道、以及用于注射所述射束的装置。该已知的对撞机具有巨大的几何尺寸(从数百米到数万米)和重量、具体而言因环形电磁体(在多种情况下，在接近于绝对零度的温度下超导)存在于其中而引起的巨大能量消耗，并且需要极复杂的控制。 [0071] 专利[16](2002年8月10日公布的俄罗斯联邦发明专利No.2187219)描述了包含用于对粒子进行传送和加速的两个系统的对撞机，这些系统被制备成多边形通道。为了从多边形的每一条边传送到下一条边，在通过所述多边形具有公共边来确保在所述系统中传送的射束的粒子之间的交互的可能性时，提供偏转磁性偶极(线圈)。如在专利[16]的描述中显见的，该对撞机以在尺寸、能耗以及其他参数方面的相当多的优点为特征。然而，所述磁性偶极应当连接到在专利[16]中称为“在无限放大的效果的基础上的电源”的设备，该设备的设计未在该专利中公开且没有引用包含这种公开的文献来源。此外，该对撞机并没有摆脱在其运行期间使用磁场的必要性。这些状况降低了对该对撞机前景的评估。 [0072] 从专利[17](2004年4月27日公布的俄罗斯联邦发明专利No.2237297)可见，能够执行对撞机功能的装置是已知的。在该装置中，相对加速粒子束的交互经由其隧穿通过晶体的平面间间隔来实现。该装置没有在文献[13]和[16]中描述的对撞机的上述缺陷。然而，该装置中的相对粒子束只相对于彼此通过一次，这对增加其交互的可能性没有帮助。 [0073] 此外，从专利[18](2005年6月10日公布的俄罗斯联邦实用新型专利No.46121)可见，被制备成直线介电通道的对撞机是已知的，需要实现其交互的带电粒子束通过该直线介电通道。在与根据专利[17]的装置中相同的该对撞机中，相对粒子束只相对于彼此通过一次，这妨碍了增加其交互的可能性。 [0074] 论及以上因素，从专著[13]已知的典型对撞机是与用于在产生属于不同射束(对撞机)的粒子之间的交互的条件的情况下控制带电粒子束的所提出装置最接近的对撞机。 [0075] 涉及对撞机的所提出发明旨在实现的技术效果在于，由于不需要使用磁场、其电源的各个源(以及一般不需要使用电源来控制带电粒子的轨迹)，因此显著地简化了设计和控制，并且保持两个射束的粒子在小得多的几何尺寸的装备处相对于彼此通过多次的可能性。该效果与在射束交互的过程中显著地增加亮度组合，这产生了热核反应的性能中对撞机使用的先决条件。在下文中，在所提出对撞机的本质以及其制备的特定事例的公开中，还将提及其他类型的所实现技术效果。 [0076] 与最接近的已知对撞机相同的用于在产生属于不同射束的粒子之间的交互的条件的情况下控制带电粒子束的所提出对撞机包含一个闭合的环形管道或者通过其纵轴线相互交叉或接触的两个环形管道、以及用于注射所述射束的装置。 [0077] 为了实现上述技术效果，在所提出的对撞机中，与最接近的已知对撞机相比，所述管道中的每一个被制备成用于改变带电粒子束的运动方向的设备，该设备包含用于传送所述粒子的弯曲通道，通道壁由能够起电的材料制成。所述通道制成具有平滑线形状的纵轴，通过以下关系式使该纵轴的曲率的最小半径R与设计该对撞机进行操作的粒子束的最高能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于与所述表面相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0078] E/Q [0079] 此时，所述通道像环一样变成闭合。 [0080] 在一个或多个通道壁的内表面上，存在由于在该设备启动时通过与其撞击的电荷对这种表面进行充电或者预充电而形成的电荷。在操作的过程中，该表面可再充电(在逃逸电荷用从所传送射束接收到的新电荷替代时)。通过遵循条件(6)，其符号与注射到通道中的一个或多个射束的电荷相同的所述电荷存在于通道壁上使得带电粒子能够在没有通道阻塞且不与壁接触的情况下运动。 [0081] 在由包封射束的通道壁的带电内表面产生的电场的作用以及对射束呈现压缩效果的情况下，发生射束的聚焦。两个交叉射束中增加的粒子密度提供了对撞机的增加的亮度。在该实例中，由于射束粒子沿着曲线轨迹运动，因此在运动过程中，射束更接近于通道内壁的离环形通道的曲率中心更远的一侧(该射束相对于壁“挤压”、但不与壁接触)。 [0082] 在该连接中，这种对撞机设计是优选的，其中作为该通道(在对撞机包含通过轴线相互交叉或接触的两个环形管道时为两个通道)纵轴的形状的平滑线是凸线。由此，所述“挤压”始终相对于相同的通道壁发生，并且射束轨迹没有回折(曲率符号的变化)在与射束“挤压”的一侧相对的一侧(即，在面向通道纵轴的曲率中心的一侧)使初始射束的带电粒子能够注射到通道中的注射器的优选位置还与上述状况相关联。这减少了已在那里进行循环运动的粒子从通道通过制备成使通道与注射器连接的孔“逃逸”的可能性。 [0083] 具体而言，通过具有平滑连接边的圆形、椭圆形、凸多边形来满足平滑线的凸形是通道纵轴的形状的条件。 [0084] 射束轨迹的形状由作为通道纵轴的形状且在该实例中为闭合的所述平滑线的形状确定，并且其曲率相关于达到条件(6)的必要性来进行选择。由此，弯曲粒子的轨迹以及使其闭合完全通过通道几何形状来实现，这预示了完全不需要任何附加射束控制设备并且因此预示了对撞机的简单。 [0085] 在制备只供一个环形通道使用的所提出对撞机的选项之一中，两个射束被注射到相同通道中，并且属于这些射束的粒子之间的交互在该通道中发生。在制备供通过其纵轴线相互交叉或接触的两个环形通道使用的所提出对撞机的另一选项中，不同射束的粒子沿着不同的环形通道运动，并且其交互在两个通道共用的空间中发生。 [0086] 与从专著[13]已知的对撞机最接近的对撞机相比，以上所述的对撞机允许在相同(唯一)的环形通道中实现具有相同符号的电荷的两个射束的交互。此时，这些射束可具有相反和相同的方向(在相互“追逐”时)，因为由存在于通道壁上的电荷产生的电场对具有相同符号的粒子的作用不取决于其运动方向。 [0087] 具有相同符号的带电粒子的射束还可被注射到不同的通道中，并且有可能确保两个相反和相似定向的射束在这些通道交叉或接触的点处交互。其电荷具有不同极性的粒子束应当被注射到不同的通道中。在该实例中，与其电荷具有相同符号的粒子束相同，有可能提供相反和相似定向射束的交互。 [0088] 具体而言，所提出的对撞机可用于在氘核和氚离子的射束碰撞时获取密集的热核中子。在此情况下，为了防止在对撞机操作的过程中由通道壁的可能加热引起的制成通道壁的材料的性质的非期望变更(第一选项中的一个通道或者第二选项中的两个通道)，通道壁可配备有用于例如通过将外部冷却剂供应到通道壁上而使其冷却的装置。 [0089] 作为中子源的对撞机可用于嬗变使用期长的放射性废物。在该实例中，这种废物的容器被放置在最密集地释放中子的区域中。 [0090] 当粒子束(都具有相同和相反的符号)被注射到不同通道中时，在可能的两种粒子束的交互中(相反和相似定向的射束)，可实现两个射束的粒子的附加加速。还可对注射到相同通道中的具有相同符号的相似定向射束的粒子进行加速。 [0091] 具体而言，可在制备成沿着通道成对排列的具有相反极性的电极的静电加速区段的帮助下实现加速。在此情况下，每一对中的在粒子运动方向上的第一电极应当是其极性与该通道中的粒子电荷相反的电极。 [0092] 在特定的制备情况下，当对撞机只包含一个环形通道且属于不同射束的带电粒子的交互在该通道内部发生时，可作出一种或多种限制。在那些限制中，射束具有增加的密度，这有助于附加地增加属于那些射束的粒子交互的可能性。 [0093] 其中使用用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出设备的所提出组中的又一发明是指用于获取由加速带电粒子的电流产生的磁场的设备。 [0094] 已知循环加速器(其中一些已在以上提及)包括带电粒子沿其运动的闭合的管道。与其运动相对应的电流产生磁场，该磁场的场线穿过上述管道的闭合轮廓。因此，循环加速器能够执行用于产生磁场的装置的功能。然而，由于这些加速器的复杂性，如上具体地(文献[2]，第5卷，第246-253页)与以上所提出发明最接近的发明所述，将这些加速器用于产生磁场是不合理的。这些加速器本身包含用于产生形成粒子的轨迹且使射束聚焦所需的磁场的装置。 [0095] 所提出发明旨在实现的技术效果在于，在不使用磁装置来控制那些粒子束的轨迹的情况下获取由加速带电粒子的电流产生的磁场。值得一提的是，在不使用用于通过该线圈传送带电粒子的磁装置的情况下，最简单的线圈还在电流通过该线圈时产生磁场。然而，在该实例中，电子只可以是带电粒子。此外，线圈中的电流一旦不再从源馈送就停止，除非线圈处于其中可能发生超导的情形下。在根据所提出发明的装置中，其电流产生磁场的粒子可能不仅具有与电子不同的性质，而且具有其他符号的电荷。此外，在不注射新粒子的情况下并且在常温下，该电流(以及因此由其产生的磁场)可在所提出装置中维持相当长的时间段，而无需利用超导现象。 [0096] 与最接近的设备相同的用于获取由加速带电粒子的电流产生的磁场的所提出设备包含带电粒子沿其运动的闭合管道、以及用于将上述带电粒子注射到该管道中的注射器。 [0097] 为了实现所述技术效果，在所提出的设备中，与最接近的已知设备相比，所述管道被制备成用于改变加速带电粒子束的运动方向的设备，该设备包含用于传送加速带电粒子的弯曲通道，通道壁由能够起电的材料制成。所述通道制成具有平滑线形状的纵轴，通过以下关系式使该纵轴的曲率的最小半径R与设计用于获取磁场的装置进行操作的粒子束的最高能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于所述表面相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0098] E/Q [0099] 此时，通道变成闭合，并且注射器被安装成在朝向其纵轴的曲率中心的一侧允许加速带电粒子注射到通道中。 [0100] 在所提出的设备中，具体而言，所述通道可制成具有示出与平滑凸线一样的闭合轮廓的纵轴。 [0101] 该通道还制成具有采用圆柱螺旋线形式的纵轴，其各端相互连接。 [0102] 在那些情况中的第二种情况下，所提出设备的效率更高。与第一种情况相比，当所提出的设备类似于带电流的单个线环时，在第二种情况下，该设备具有若干环并且可与螺线管相当。 [0104] 在制备的任一上述情况下，用于获取磁场的所提出设备的通道可配备有用于使注射到通道中的射束的带电粒子的运动加速的装置。例如，可在制备为沿着通道成对排列的具有相反极性的电极的静电加速区段的帮助下完成加速。此时，每一对中的在粒子运动方向上的第一电极应当是其极性与所使用粒子的电荷相反的电极。 [0105] 值得一提的是，在以上的波荡器的电磁辐射源中，具有开放通道的线性加速器、循环加速器中的对撞机、其中通道闭合的用于获取磁场的装置可被视为用于改变带电粒子束的运动方向的所提出设备，因为它拥有在其描述中给出的这种设备的所有特征，通道总体及其任一部分都具有一曲率。 [0106] 在进一步描述所提出的发明之前，应当注意与具有相似目的的已知设备相同，所述设备的设计以及其操作的过程应当提供带电粒子在高真空中运动的可能性。为此，任一所提出设备中的通道的内部空间与产生真空的装备具有密封连接。该条件的实现可通过使用常规制备的已知装置来达到。因此，已知装置的存在、设计和使用不再与根据所提出发明的设备一起进一步地讨论。 [0108] 图1示出用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出发明设备，该设备的通道壁具有圆形截面； [0109] 图2示出用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出发明设备，该设备的壁的内表面由两个平坦表面构成； [0110] 图3示出在图1和图2上示出的通道的截面； [0111] 图4、5示出在用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出发明设备的帮助下对射束扫描的控制，其中通道变成柔性的； [0112] 图6-8示出用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出发明设备，该设备具有使通道出口孔闭合或者表示通道壁的内表面的一部分的涂层的x射线靶； [0113] 图9示出所提出发明的波荡器的电磁辐射源； [0114] 图10-12示出制备所提出发明的带电粒子的线性加速器的特定情况； [0115] 图13示出所提出发明的带电粒子的循环加速器； [0116] 图14、15示出制备所提出发明的带电粒子的循环加速器的特定情况，该循环加速器用作同步加速器的电磁辐射源； [0117] 图16示出具有单个环形通道的所提出发明对撞机； [0118] 图17示出具有两个环形通道的所提出发明对撞机的示意图，这两个环形通道通过纵轴线相互接触； [0119] 图18-20示出具有两个环形通道的所提出发明对撞机的示意图，这两个环形通道通过不同纵线形状的纵轴线相互交叉； [0120] 图21和22相应地示出所提出发明对撞机的两个环形通道的纵轴线接触和交叉的点； [0121] 图23示出可在根据图16的具有单个环形通道的对撞机中作出的限制； [0122] 图24示出可用于注射射束的导向结构； [0123] 图25示出导向结构在根据图16的对撞机中的使用； [0124] 图26、27示出制备用于获取由加速带电粒子的电流产生的磁场的装置的特定情况，其中通道的纵轴线分别表示一个平坦的闭合轮廓以及其各端相互连接的圆柱螺旋线； [0125] 图28示出磁场在已知托卡马克和普罗布考羌(probkotron)装置中使用的示意图； [0126] 图29示出制备用于获取由加速带电粒子的电流产生的磁场的所提出发明设备，该设备被设计成用于在托卡马克装置中获取环形磁场。 [0127] 用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出发明设备包含用于传送所述粒子的弯曲通道(图1中的附图标记1和图2中的附图标记5；О和R相应地是纵轴线14和15的曲率的中心和半径)。根据图1的设备的通道1被制备成具有壁2的管，而根据图2的设备的通道5具有包含两个弯曲带6、7的壁。图3A和图3B相应地示出根据图1和图2的通道的截面。根据图1的通道的壁的内表面具有圆形截面10。根据图2的通道的壁的内表面被形成为两个平坦平面，并且其截面看起来像两条平行直线的多段11、12。根据图2的通道的壁的两部分6、7可与横向壁或者图3B的用虚线示出的支撑元件13连接。该实例中的通道的宽度H至少比壁的各部分6、7之间的距离h大一数量级(或者与区段11和12之间的距离相同)。在制备的所述两种情况以及其他可能情况下的通道的纵横比(即其长度与其截面的最大线性尺寸的比率)可能较大(10÷100)，并且通常是用于隧穿带电粒子的设备的情况。 [0128] 取决于该设备指定进行操作的粒子的最高能量E和电荷Q，通道的纵轴线(图1中的附图标记14和图2中的附图标记15，其中该线沿着通道位于所述平坦平面之间的中间)的曲率半径R应当限于底部。表达该限制的条件看起来像不等式： [0129] E/Q [0130] 该不等式还包括通道壁材料的电气强度Ues、其壁的最小密度d、以及位于所述表面相同法线上的通道截面中的通道的内表面的两点之间的最长距离h。 [0131] 如上所述针对具有根据图1的通道的设备定义的等式中的值h是截面中的通道壁2的内表面的直径(或者相同地，为通道口的直径)，参见图3A。对于具有根据图2的通道的设备，值h是形成包括各部分6和7的通道壁的平坦表面之间的距离，即平行区段11和12之间的距离(参见图1、图3B)。在两种情况下，值h是位于其相同法线上的通道壁的内表面的截面的两个最远点之间的距离。在图3A中，任何直径都是法向的，而在图3B中它与区段11、12垂直。图2所示的通道的曲线围绕与图3B中的区段11、12平行的轴。在图1、2和3中示出的制备的通道的特定情况不穷尽所有的可能性；值h可如上所述地确定的例如椭圆形的其他形状的截面也是可接受的。以上所讨论的两种形状是最可能制造的。 [0132] 通道的几何参数R、h和d可沿着通道长度而变化。在以上不等式中，R和d是指其最小值，而h是它们的最大值，以使该不等式在沿其长度的通道的任何位置处有意地满足。类似地，设备设计应当考虑对粒子的充电，并且将操作该设备的其能量的最大值。在操作已制备设备以及在其帮助下实现所提出发明方法期间，取决于几何结构的其参数(R、d、h)以及通道壁材料的特性(Ues)确定该方法的操作特征的模式的容许值(E和Q)。 [0133] 通道1、5的壁的材料应当能够通过具有与初始射束的粒子相同的符号的电荷来起电。具体而言，合适的材料是硼硅酸盐以及石英玻璃、陶瓷、聚合物、拥有驻极体的特征的材料。对于这种容易作为玻璃的材料，电气强度Ues可达到108V/m数量级的值(关于电气工程材料的参考书，编辑Yu.V.Koritsky、V.V.Pasynkov、B.M.Tareev，第2卷，第207页，图22-11，莫斯科，Energoatomizdat，1987年[11])。由于该表面再充电(用从所传送射束接收到的新电荷来替代少数逃逸电荷)，通道壁的内表面的起电在该设备启动时发生且在操作过程中维持。起电还可通过对表面预充电(具体地通过利用具有用于制备通道壁的驻极体特性的材料)来实现(参见专著“驻极体”，编辑G.Sessler，莫斯科，“Mir”出版社，1983[19]，第32-54页,其中描述了各种充电方法)。 [0134] 通过遵循以上不等式(2*)(它对应于条件(1)和(2))，存在于具有与注射到通道中的射束的粒子相同的符号的所述电荷的通道壁上提供了在因不与壁接触而没有实际损耗且不锁定通道的情况下将射束注射到通道中且沿着通道传送该射束的可能性。所述状况还适用于根据包括用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出发明设备的所有其他所提出发明的设备。 [0135] 所提出发明设备的通道被制备成不闭合的(并且在该实例中包含具有入口和出口孔的入口和出口对接端)和闭合的(它可被认为是其中入口和出口对接端合成一体的通道)。射束被所提出发明设备偏转的角对应于在开始时且在通道部分的末端处的纵轴线的切线之间的角。闭合制备的所提出发明通道在所提出发明的以下循环加速器、对撞机、以及用于获取磁场的装置的描述中进行讨论。带电粒子束到闭合通道中的注射在与通道平滑地耦合的注射器的帮助下进行，而不通过入口对接端孔。 [0136] 在图1和图2中，通道是不闭合的，并且具有入口和出口。传入和传出射束的方向分别由多对箭头3和4、8和9表示。射束在通道中运动期间的其偏转角在实践中是不受限的(它可以是360°或更大)。 [0137] 示例1：可实现所提出发明的设备，并且可在其帮助下以如下参数值实现所提出发明的方法：通道轴线的曲率半径R＝30cm，通道口的圆形截面的直径h＝3mm，并且通道壁厚度d＝3mm，Ues＝108V/m(对于由玻璃制成的通道)。在该实例中，即使通道被制备成具有若干线圈的螺旋线，电子束也扩散通过通道，而在能量E高达1MeV时没有显著的强度损耗。充分地满足不等式(2*)： [0138] E/Q<(1/30)RdUes/h。 [0139] 用于改变带电粒子束的运动方向的所提出发明设备的通道可被制备成至少在其长度的某一部分中是柔性的。在该实例中，该通道的与入口对接端相邻的部分应当被刚性地固定，而其余部分应当是柔性的。 [0140] 此外，该设备可配备有用于控制通道的柔性部的弯曲的装置。 [0141] 在图4和图5所示的情况下，通道的左边部分21被刚性地固定，而右边部分24是自由的，且可在电磁(图4)力或压电(图5)力的作用下振荡。为此，在根据图4或图5的通道的右边部分24上，相应地固定一对铁磁元件25或压电弯曲元件26(或者相对于彼此正交安装的两个此类对)根据图4的这对铁磁元件被放置在电磁系统28的各极之间。电磁系统28连接到控制信号源29，而图5中的压电元件26连接到控制信号源30。这种制备允许射束在一个方向或者两个相互正交的方向上扫描。 [0142] 根据图4、5的控制弯曲装置应当根据以上限制而制备，并且应当防止通道以太小的半径R弯曲。即使所提出发明设备的通道以小的外截面尺寸由玻璃制成，该通道也可被制备成柔性的。 [0143] 用于改变带电粒子(例如，电子)束的运动方向的柔性设备(不必配备有以上所讨论的射束扫描装置)可在恶性肿瘤(malignant growth)或者其他病情的治疗中、也可在立体定位的放射手术中用于将带电粒子传送到靶区(包括直接传送到病灶中)。可通过患者身体的表面且在可以是通道柔性部的末端的针形探针的帮助下注射粒子。由于通道整体或者其部分的柔性，可通过自然孔将粒子引入患者身体的多个腔。 [0144] 在所提出发明设备的通道中，在它被制备成固定时以及在它被制备成柔性时(在后一情况下，当它具有用于控制弯曲的装置时以及当它没有该装置时)，可存在用于激发其材料中的特性x射线辐射的靶。该靶可被放置在与其出口对接端相邻的通道部分中。如果存在靶，则电子应当用作加速带电粒子。 [0145] 图6-8示出制备成具有靶但不使用用于控制弯曲的装置的通道的若干情况，但是在那些情况中的每一情况下，可使用这种装置，例如图4和5所示的任一装置。 [0146] 在图6中，该靶被放置在通道出口对接端中。这种靶应当薄到足以起到与x射线管中的传输阳极类似的作用。在此情况下，对病灶的影响可由x射线呈现。 [0147] 如果通道与出口对接端接近的部分24的壁的内表面用靶材32覆盖，则所提出发明的设备也变成由通过通道传送的射束的电子对靶材呈现的动作而激发的x射线源。 [0148] 当通道壁在不与出口对接端直接相邻而是有时与其间隔开(图8)的部分24中用靶材33覆盖时，在没有涂层(从涂敷点起直至出口对接端的)的通道出口部分中，x射线通过多个全外反射来传播。在此情况下，可获取具有由通道截面尺寸确定的相当小的截面尺寸(最高为数十纳米)的“铅笔式”x射线束。该尺寸可小于常规微型聚焦x射线管的阳极上的辐射点尺寸，因为即使在阳极上的电子聚焦点为小尺寸的情况下，后者也可由阳极材料中的电子自由运动的长度(为1微米的数量级)确定。 [0149] 可以说，根据以上描述，非固定部分24应当不必被制备成沿着其整个长度是柔性的。例如，它在与出口对接端相邻的一侧(根据图4-8的右边)可以是刚性的，并且在与通道的固定部分21相邻的一侧(根据图4-8的左边)可以是柔性的。 [0150] 类似于以上所述制备的所提出发明设备的制备还可用于医疗放射诊断中，具体地，例如在乳房造影和具有软组织的其他器官的疾病的诊断中获取包含具有小原子序数的元素的对象的相衬图像。在这些情况下，连同所提出发明设备，使用用于传送至次级辐射检测器的装置。在该实例中，在制备所提出发明设备的以上特定情况下，有可能使用带电粒子(例如，电子)以及转换成对靶材起作用的电子束的x射线辐射两者。 [0151] 当使用像图4和图5给出的方案时，所提出发明的设备可用作x射线管的一部分或者用于聚焦点扫描的电子显微镜的光学系统的一部分。当所提出发明的设备用作电子显微镜的一部分时，后者可在扫描模式和“传输”模式两者中操作。类似于以上所述的工程解决方案还可应用于质子和离子显微镜中。也有可能使用具有射束扫描的所提出发明设备来实现具有表面扫描的电子显微探针的功能。 [0152] 当所提出发明的设备被制备成具有固定通道时(包括在其内部存在用于在其材料中激发x射线的靶时的情况)，其弯曲部可在不同的方向上(在一个平面上以及空间地)制备。这产生了使用所提出发明设备作为还包括在所提出发明组中的其他设备的一部分的各种可能性。另外，当有用的功能由通道内部的在通道的不同部分中具有不同运动方向的射束、而非从通道传出的射束执行时，该设备的这种使用也是可能的。 [0153] 这种使用具体地在所提出发明的波荡器的电磁辐射源中发生。从文献[2]已知，波荡器辐射在形成带电粒子束的蛇形轨迹且同时使射束在其沿着该轨迹运动时聚焦的设备中产生。在所提出发明的波荡器的电磁辐射源中，这些功能在用于改变加速带电粒子的运动方向的设备中组合，该设备具有如上所述的设计，唯一的不同之处在于，通道的纵轴线与产生波荡器辐射所必需的粒子轨迹的形状相应地成形。该设备包含(图9)弯曲通道40，该通道40的壁由能够起电的材料制成。通道40制成具有平滑线形状的纵轴44，通过以下关系式使该纵轴40的曲率的最小半径R与设计波荡器的电磁辐射源进行操作的射束的粒子的最高能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于所述表面相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0154] E/Q [0155] 通道截面的几何参数由图9给出的圆形截面的图像示出。对于通道壁的内表面由两个平坦平面构成时的情况，可使用图3B以及与其相关的文本中的解释。 [0156] 弯曲通道40包含直线或略微弯曲的区段42、以及用于平滑地接合区段42的区段43。因此，一般而言，该通道具有圆角的蛇形或锯齿形状。 [0157] 除了形成粒子的弯曲轨迹以外，通道40提供了注射到其中的加速带电粒子束41的同时聚焦。满足与条件(3)相对应的以上不等式(3*)对于确保在没有损耗的情况下通过该通道传送带电粒子束而言也是必要的。 [0158] 由于对于确保所提出发明的波荡器辐射源中的射束的蛇形或锯齿形状而言，具有对应形状的通道是足够的，因此这种源比还包括复杂磁系统的常规波荡器简单得多。大多数辐射在用于平滑地接合直线的具有最大曲率的所述区段43或者具有更小曲率的区段42中产生。 [0159] 示例2：在弯曲通道40的弯曲重复周期λ0＝5cm(参见图9)以及粒子(电子)能量E＝500MeV时，正向(在该图中由箭头45示出)上的主频辐射波长将约等于λ＝λ0γ-2，其中γ是相对论性因子。在该实例中，电磁辐射以数十纳米数量级的波长(即，在波谱的紫外线范围内)发生。 [0160] 在Ues＝108V/m(对于玻璃)以及通道的几何参数R＝1.1cm、d＝0.9cm、h＝4微米时，通过五倍(five-fold)“储备(reserve)”来满足条件(3*)。 [0161] 在所提出发明的带电粒子的线性加速器的特定制备情况之一下，它具有与以上所述的波荡器的电磁辐射源类似的设计(图10)，不同之处在于，包括用于使带电粒子的运动加速的装置。具有用于使带电粒子束在运动通过该管道的过程中聚焦的装置的常规线性加速器的加速管道被制备成用于改变带电粒子束的运动方向的设备。它包含用于传送所述粒子的弯曲通道50，该通道50的壁由能够起电的材料制成。该通道制成具有平滑线形状的纵轴54，通过以下关系式使该纵轴54的曲率的最小半径R与设计该线性加速器进行操作的射束的粒子的最高能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于所述表面相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0162] E/Q [0163] 通道50的截面的几何参数由图10给出的圆形截面的图像示出。对于通道壁的内表面由两个平坦平面构成时的情况，可使用图3B以及与其相关的文本中的解释。 [0164] 弯曲通道50包含直线或小曲率的区段52、以及用于平滑地接合区段52的区段53。因此，一般而言，该通道具有圆角的蛇形或锯齿形状。在区段53中最小的通道的纵轴线54的曲率半径R应当满足与条件(4)相对应的以上不等式(4*)。 [0165] 除了形成粒子的弯曲轨迹以外，通道50提供了注射到其中的预先加速带电粒子束51的同时聚焦。满足以上条件对于确保在没有损耗的情况下通过该通道传送带电粒子束而言是必要的。带电粒子沿着该通道运动的速度的提高可通过已知方法(例如，在高频场的帮助下)来实现；还参见专著[13]，第6-83、120-143页。但是在此情况下，制备成沿着加速管道的通道50排列的具有不同极性的多对电极60的静电装置更简单，并且由此是优选的。在这些对中的每一对中，在粒子运动方向上的第一电极是其极性与加速射束中的粒子电荷的符号相反的电极。 [0166] 包含与通道50类似的通道但没有弯曲部的加速器可以是已知线性加速器[13]的整体模拟。然而，已知线性加速器具有大长度。由于所提出发明加速器的通道不需要任何附加装置来提供通过该通道的射束传送(包括在其具有弯曲部时)，因此加速器的尺寸可显著地减小。尽管存在加速管道通道的弯曲部，加速器也保持线性，因为带电粒子在其中的运动轨迹是不闭合的。初始射束51进入通道50，在通道50中通过装置60加速，并且在经历了若干转弯的情况下，作为其能量比初始射束的粒子高的粒子束55离开该通道。 [0167] 比图10所示更紧凑的是具有圆柱螺旋线形状的加速管道的通道56的加速器(图11)。具有制备为在圆环表面上排列有其线圈的螺旋线的加速管道的通道57的加速器(图 12)可具有甚至更小的尺寸。通道56、57的截面的几何参数由图11和图12给出的圆形截面的图像相应地示出。对于通道壁的内表面由两个平坦平面构成时的情况，可使用图3B以及与其相关的文本中的解释。图11和图12还示出通道56、57的纵轴的曲率半径R。 [0168] 示例3：现代技术容易允许10cm长的区段中的质子以2.5MeV加速。即使在根据图11的加速器中一对加速电极60被放置在螺旋线的每一线圈上，在等于50cm的弯曲通道56的螺旋线轴线的半径R且螺旋线的10个线圈处，也有可能实现25MeV的能量增加，例如在壁厚d＝5mm且通道直径h＝1mm(假设通道壁由电气强度Ues等于108V/m的玻璃制成)的情况下。在该实例中，通过大“储备”来满足不等式(4*)： [0169] E/Q<0,1RdUes/h。 [0170] 在医学中，这种简单的加速器在质子或离子治疗中可以是感兴趣的。 [0171] 此外，所述的波荡器的电磁辐射源和线性加速器、用于改变加速带电粒子的运动方向的所提出发明设备还可用于所提出发明的带电粒子的循环加速器中。 [0172] 所提出发明的带电粒子的循环加速器包含：具有用于使带电粒子束在该室中运动的过程中聚焦的装置的这些常规加速器的闭合加速室，用于提高带电粒子的运动速度的装置，以及用于将预先加速的带电粒子的初始射束注射到所述室中的注射器。 [0173] 所提出发明的循环加速器的特定特征在于，具有用于使带电粒子束在该室中运动的过程中聚焦的装置的所述闭合加速室被制备成用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出发明设备。它包含用于传送所述粒子的弯曲通道81(图13)，该通道81的壁由能够起电的材料制成。该通道制成具有平滑线形状的纵轴线82(只示出其一部分)，通过以下关系式使该纵轴线82的曲率的最小半径R与设计循环加速器进行操作的射束的粒子的最高能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于与所述表面相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0174] E/Q [0175] 此时，所述通道81像环一样变成闭合。 [0176] 在图13所示的情况下，作为纵轴形状的平滑线是凸线，而注射器83被安装成在由该通道构成的环的一侧使初始射束的预先加速带电粒子能够注射到通道中，这给出了纵轴线82的曲率中心O。 [0177] 注射器83的这种排列以及纵轴82的这种形状通过在沿着闭合的曲线轨迹运动的过程中射束的粒子相对于表示加速室的通道的壁的内表面的外周侧“挤拢”来进行解释。为此，将初始射束的粒子从相对侧注射到通道中(即，从纵轴线的曲率中心上的环的一侧)是有利的。这允许减少已存在于其中且进行循环运动的粒子可从通道“逃逸”的可能性。对于通道的平滑纵轴的凸起形状，容易确保如果满足了条件(5*)，则加速器尺寸可相当地大。 [0178] 通道81的截面的几何参数由图13所示的圆形截面的图像示出(对于通道壁的内表面由两个平坦平面构成时的情况，可使用图3B以及与其相关的文本中的解释)。在图13中的截面图像上，箭头附加地示出满足以上条件的用于在其纵轴线的曲率中心上的环的一侧注射初始射束粒子的优选点。 [0179] 应当注意，根据以上内容，纵轴应当闭合并应当表示平滑凸线。然而，该纵轴应当不必是圆形且可在不同的区段中具有不同的曲率。只有在最小的曲率半径处满足与条件(5)相对应的以上不等式(5*)才是必要的。 [0180] 为了确保带电粒子在没有损耗的情况下沿着闭合加速室的通道传送且确保在该室中经历附加加速的射束聚焦，满足该不等式是必要的。因此，闭合加速室的环形通道81执行用于提供粒子束的循环运动的装置的功能以及用于使射束在该运动过程中聚焦的功能。 [0181] 闭合加速室的通道81配备有用于提高带电粒子沿着该通道运动的速度的装置。通道81中的粒子加速可通过已知方法(例如，在高频场的帮助下)完成；还参见专著[13]，第6-63、120-143页。然而，静电加速可更容易地且在不丢失所提出发明设备固有的实现简单性的情况下实现。这种加速在加速区段中采用沿着通道成对排列的具有不同极性的电极的形式进行，其中在每一对中，在粒子运动方向上的第一电极是其极性与要加速的粒子的电荷相反的电极。对于图13，这些区段的存在被示意性示为附图标记84。 [0182] 因此，所提出发明的循环加速器是不需要除应当连接有电极84的直流电源以外的供电的无源设备(类似于以上所讨论的线性加速器的电极60)。 [0183] 对于加速射束的粒子从闭合加速室的通道81的输出，排列有出口区域85。为此，在由通道81构成的环的外侧，存在其符号与加速射束的符号相对应的带电粒子源86。源86被安装成由其构成的射束87在环的外表面定向到所述区域85。由此，在环81的外表面上感应的具有相反符号的电荷进行中和，并且相应地发生其场提供粒子轨迹的弯曲的内表面上的电荷的减少。在壁的带电内表面的作用下相对于早先的初始轨迹弯曲继续其切向运动的加速粒子在图13中的箭头88所示的方向上直线地通过其壁从通道中退出。 [0184] 所述转子加速器和常规转子加速器的共同特征是粒子运动的周期性。然而，当使用所提出发明的加速器时，不需要复杂功耗和笨重尺寸的磁系统来提供粒子沿着闭合轨迹的运动及其在通道中聚焦、或者用于控制该系统中的电流频率。控制粒子轨迹的功能及其聚焦由闭合加速室的通道81本身执行。 [0185] 示例4：其电荷与能量为E＝500MeV的电子电荷相同的粒子的加速可以如下几何参数实现：半径R＝2·102cm(即，加速器的外尺寸为4m)，通道壁厚度d＝25mm，通道直径h＝2mm(假设通道壁由电气强度Ues等于108V/m的玻璃制成)。已知出于医疗目的，需要能量高达 100MeV的质子和离子加速器。在此情况下，有可能将环直径减小到80cm，以使加速器的尺寸相当地紧凑。此时，通过相当大的“储备”来满足不等式(5*)。 [0186] E/Q<0,2RdUes/h。 [0187] 所述的转子加速器可用作电磁辐射源。 [0188] 示例5：如果使用轴线半径R等于3m、壁厚度d＝10mm且该通道的内径h等于0.5mm的闭合加速室的环形通道，则取决于粒子能量E，可通过使带电粒子穿过这种通道来获取宽泛范围波长内的电磁辐射。在粒子的非相对论性速度的情况下，辐射在回旋加速频率处发生。例如，如果在环形通道中运动的粒子是电子，则能量损耗(即，辐射强度)为I＝2e2V4/ 2 3 (3R C )，其中V是粒子速度，e是电子电荷，С是光速。在能量E＝50keV且比率V/С等于0.4时，辐射强度I具有10-3eV/秒的数量级。此时，所产生电磁辐射的典型波长具有半径R(即， 3m)的数量级；它是在超短波无线电波谱中的辐射。对于相对论性电子，能量损耗为I＝2e2V4γ4/(3R2C3)，其中γ＝E/(m0С2)是相对论性因子。在此情况下，m0С2≈0.5MeV。在E＝1GeV 3 11 时，相对论性因子γ≈2·10且辐射的能量损耗等于I＝5·10 eV/秒。在此情况下，同步加速辐射发生。此时，典型波长具有 的数量级。该波长对应于约4keV的 质子能量，即辐射在X射线波谱中。 [0189] 同步辐射源在图14中示出。为了使同步辐射输出局部化，由通道91构成的闭合加速室被包封在同步辐射难以渗透的外壳92中，其中窗口94(或者若干这种窗口)被制备成用于辐射输出。注射器93被放置在由该通道构成的环的内侧，在该注射器93的帮助下预先加速带电粒子的初始射束被注射到闭合通道91中。与图13所示的室相同的由通道91构成的闭合加速室配备有用于使粒子加速的静电装置95。 [0190] 用作同步辐射源的所提出发明的循环加速器的闭合加速室的通道可被制备成具有可变曲率，例如它可具有如图15所示的椭圆形状。这允许在不同频率处获取同步辐射。此时，同步辐射的输出窗口应当排列在外壳与通道96的所需曲率相对应的位置处。图15示出在闭合加速室的通道96的最大和最小曲率的点中制备的外壳97中的两个此类窗口98、99。该通道96配备有用于使粒子加速的静电装置95。如在图14中，在安装在由通道96构成的环的内侧(即，在曲率中心上的一侧)的注射器93的帮助下，粒子被注射到通道中。 [0191] 另一所提出发明是对撞机，一种设计成提供用于使加速带电粒子束碰撞的条件的单元。 [0192] 根据涉及这种设备的所提出发明，所提出发明的对撞机使用用于改变加速带电粒子束的运动方向的设备，其中如在以上所讨论的循环加速器中，弯曲通道是闭合的(并且优选地其纵轴线是闭合的)。在该实例中，如在下文中详细描述的，对撞机可包含一个或两个此类通道。取决于此，应当提供其交互的两个射束运动通过相同或者不同的通道。在后一种情况下，通道的内部空间部分地重叠，由此两个射束可穿过它们共有的一部分空间。对于任一射束以及它运动的通道，应当在通道的纵轴曲率的最小半径R、该束的粒子的最高能量E和电荷Q、通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于所述表面相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h之间满足关系式： [0193] E/Q [0194] 满足与条件(6)相对应的关系式(6*)，由能够起电的材料制成的通道壁提供了射束在不与壁接触且没有强度损耗的情况下在通道中的运动。 [0195] 所提出发明的对撞机可包含一个闭合环形通道100(图16)、彼此通过其纵轴线接触的两个环形通道102和103(图17)、或者其纵轴线相互交叉的两个环形通道104和105(图18)、106和107(图19)、108和109(图20)。在那些附图中，箭头示出设计成用于在相反方向上交互的射束A和B在通道中的传播。在图16中，附图标记101a和101b示出用于使预先加速粒子的初始射束注射到通道中的装置。该图还示出纵轴线110的一部分以及其曲率半径R。在示意性地示出对撞机的图17-20中，白色箭头a和b示出用于安装用于使初始射束A和B注射到通道中的装置的点以及其注射的方向。 [0196] 由于在具有凸轴线的通道中运动的射束相对于壁的外周(离曲率中心更远)侧“挤拢”，因此将粒子从通道纵轴的曲率中心上的相对侧注射到通道中是有利的。在图16中，它是壁的朝向中心O的一部分；在图17-20中，它们是壁的朝向对应圆形、椭圆形、正多边形的纵线的部分。这减少了已存在于通道中的粒子可能从通道穿过通过其进行注射的壁中的孔逃逸的可能性。遵循讨论中的条件在针对相对射束使用一个且相同的通道(图16)的情况下是特别有利的。 [0197] 此外，如从列出的附图中可见，在那些附图所示的情况下，每一通道的纵轴是凸轴。此时，纵轴没有回折(曲率符号的变化)，并且粒子束始终向通道壁的内表面的相同侧“挤压”。由此，有可能实现在对撞机的最小外尺寸时满足条件(6*)。根据图16的通道100的截面的几何参数由相同附图给出的圆形截面的图像示出。在其他附图中示出的对撞机的通道类似地制备。通道还可被制备成其壁的内表面将由两个平坦表面构成(不闭合的这种通道在图2中示出且在图3A中示出其截面)。另外，在图16中的截面图像中，箭头示出注射初始射束粒子的优选点，这满足了在以上段落中陈述的条件。 [0198] 在图16-20所示的任一种制备中，对撞机可用于实现在相同方向上传播的射束(“追逐”的射束)中的粒子的交互。为此，射束之一应当具有与图16-20所示的方向相反的方向。 [0199] 在图16-18所示的制备的情况下，通道具有圆形形式的纵轴线，并且在图19和图20所示的情况下，通道具有其相邻边分别平滑接合的椭圆形或凸多边形的形式的纵轴线。与通道轴线具有圆形形式时的制备相比，以椭圆形形式的制备(图19)允许获取四个而非两个交叉通道(即，属于不同射束的粒子的交互可能的位置)，并且以具有圆角的凸多边形形式的制备(图20)允许获取甚至更多的交叉通道。应当注意，在图16和图17所示的情况下，环形通道的轴线的圆周形状不是强制性的，即有可能使用具有与图19、20所示相同的形状，或者由于遵循以上不等式以及存在纵轴线应当是平滑的(并且优选是凸线的)条件而具有另一形状的环形通道。 [0200] 图21和图22示出其纵轴线111a、111b的接触和交叉的点中的放大尺度的两个环形通道。应当注意，严格地说，当两个射束在相同的环形通道中传播时，其交互点中的射束只在图16所示的情况下相反或相似地定向，而当这些射束在通过其纵轴线彼此接触的通道中传播时，这些射束在图17和图21所示的情况下相反或相似地定向。在图18-20所示的环形通道交叉的情况下，在其粒子交互的点中的相对射束实际上具有其间的角为钝角且接近于180度的方向，而具有相同方向的射束(“追逐”的射束)具有其间的角为锐角且接近于零的角的方向。 [0201] 连同在所提出发明的对撞机中使用的通道的轴线的上述形状，具有任何闭合的平滑凸线形状的通道的纵轴线也是可接受的。在所提出发明提供的所实现的技术效果方面，纵轴线的形状满足以上条件的任何特定情况都是等效的。这可通过以下事实进行解释：所提出发明的对撞机的功能基于与从以上所述的技术已知的装置中所使用的原理不同的物理原理，也就是说，为了在环形通道中形成带电粒子的闭合轨迹，即为了使其保持在射束中且“克服”射束的容积电荷(即，为了确保其聚焦和防止散焦)，使用在其内部多个射束运动(图16)或者一个射束运动(图17)的通道的内壁上产生的电场。所述电场通过与射束粒子相同的符号的电荷对通道壁的内表面进行起电而产生，所述电场由注射到通道中的一个或多个射束本身的粒子产生、或者例如在由拥有驻极体性质的材料制造通道壁期间由于预先完成的起电而发生。 [0202] 示例6：其电荷与能量为E高达100MeV的电子电荷相同的粒子束的运动可以如下几何参数提供：半径R＝2·102cm(即，环的外尺寸为4m)，通道壁厚度d＝5mm，通道直径h＝2mm(假设通道壁由电气强度Ues等于108V/m的玻璃制成)。在此情况下，通过相当大的“储备”来满足不等式(6*)： [0203] E/Q≤0,2RdUes/h。 [0204] 当使用根据图16的对撞机时，两个射束A和B的粒子应当具有相同符号的电荷(例如，电子-电子、质子-质子)，在相对射束的情况下以及在相同方向上运动的射束的情况下都如此，因为其运动在相同的通道中发生且一个且相同的电场对其起作用。当使用根据图17-20的对撞机时，属于射束A和B的粒子可具有相似和相反符号的电荷，以提供相对射束的交互且提供在相同方向上运动的射束的交互。 [0205] 在提供了使用两个环形通道来确保其粒子具有相反电荷的射束的交互的情况下，有必要考虑到每一通道的壁在其轴线接触或交叉的区域中(其中将发生那两个射束的粒子之间的交互)应当具有不连续性。在该上下文中，在图21、22中，其轴线111a、111b交叉附近的通道壁用虚线示出。对于两个射束中的粒子的电荷具有相反符号时的情况，这种表示意味着每一通道的壁在所述区域中被制备成具有不连续性，并且对于具有相同符号的粒子的射束的情况，它被制备成不具有不连续性。壁的不连续性的存在(即，缺少壁的各部分以及可能已存在的电荷)允许解决对于具有相反符号的粒子同样可接受的该区域中产生电场的问题。 [0206] 在所有上述情况(除了相同环形通道中的相对射束以外，图16)下，在每一环形通道中，有可能实现注射到其中的粒子的附加加速。为此，通道应当配备有加速区段。带电粒子沿着该通道运动的速度的提高可通过已知方法(例如，在高频场的帮助下)来实现；还参见专著[13]，第6-83、120-143页。然而，静电加速可更容易地且在不丢失所提出发明设备固有的简单性的情况下实现。这种加速在加速区段中采用沿着通道成对排列的具有不同极性的电极的形式实现，在每一对中，在粒子运动方向上的第一电极是其极性与要加速粒子的电荷相反的电极。在图17-20中，这些区段的存在由附图标记120、121示意性地表示。在那些附图中，每一通道只包含一个加速区段，但是还可存在若干区段。 [0207] 加速区段还可存在于具有一个环形通道的对撞机(图16)中。其存在未在该图中示出，因为它示出了对撞机提供相对射束的交互的用途，而如先前所提及的，根据图16的注射到相同通道中的两个射束的粒子的加速可能只适用于“追逐”射束。 [0208] 在热核反应(氘核-氘核、氘核-氚离子等)的实际情况方面，就重要性而言，使用具有“追逐”射束的一个环形通道的所提出发明对撞机本身是感兴趣的。该情况的优点在于，在该实例中，由在带电粒子束产生的电流周围的磁场的出现而引起且在防止粒子的库仑斥力的方向上起作用的拉莫尔力的积极作用是关键的。这与以下事实相关联：不同于相对射束，在“追逐”射束的情况下，相应拉莫尔力不能彼此补偿但是相加。因此，有可能实现交互粒子的密度的附加增加。 [0209] 对于根据图1的环形对撞机中的粒子密度的附加增加(在相对和“追逐”射束的情况下)可制备一个或若干平滑收缩部(constriction)122，其外观在图23中示出(在该图中，附图标记11是通道的纵轴，112是通道壁)。如果存在这些收缩部，则属于注射到通道中的射束的粒子的交互主要在收缩部的位置处发生。 [0210] 在多种情况下，其射束要被注射到对撞机中的粒子的预先加速可能是有用的。这种加速可在与以上所讨论的循环加速器类似的存储环中进行，从该环输出粒子的方法类似于那里所述的方法。 [0211] 在以上所讨论的对撞机的制备和使用的所有情况下，带电粒子注射到所提出发明的对撞机的环形通道可使用在本领域中已知的装置来实现(参见例如专著[13]，第1卷，第88、104-105页，第2卷，第191页)。同时，在与存储环中相同的所提出发明的对撞机中(以及此外在以上所讨论的循环加速器以及用于获取以下所讨论的磁场的装置中)，为了注射粒子，使用以下所述的装置是有利的。 [0212] 该装置(图24)表示以用于传送初始射束的加速带电粒子的通道形式的导向结构140，该加速带电粒子通过入口孔142被注射到该通道中且通过出口孔143输出。所述通道具有由能够起电的材料制成的壁144、以及直线纵轴145。在该实例中，通道140在从入口到出口的方向上变窄。通道的壁144的内表面148是绕纵轴旋转的表面，并且其截面具有圆形形式，而其纵轴看起来像与纵轴对称的两条曲线，每一条曲线是其凹向通道内部的平滑曲线的拱形部。连同通道的这种制备，其壁的内表面由两个平坦平面构成时的另一制备也是可能的，这些平坦平面具有形状与在图24中给出的壁144的顶部和底部的截面图相同的的纵向截面。 [0213] 该导向结构以在使其同时聚焦时小损耗的情况下捕捉定向到其入口孔且传送到出口孔的带电粒子束的能力为特征。为此，应当遵循以下条件： [0214] E1/Q1 [0215] 其中E1是传送粒子的能量，Q1是其电荷，R1是平滑曲线的上述拱形部的曲率的最小半径，d1是壁144的最小厚度，Ues1是壁材料的电气强度，h1是通道直径或其出口处的上述平坦平面之间的距离。 [0216] 与以上给出的关系式中相同的包括在该关系式的物理值由SI单位表示，即[E1]＝J，[Q1]＝C，[Ues1]＝V/m，[R1]＝[d1]＝[h1]＝m。如果能量E由制外单位(即，电子伏特)表示，如可以是本领域中的情况，则电荷Q应当由基本电荷(即，电子电荷)的数量表示，Q是E的整除数。 [0217] 示例7：在玻璃通道的长度(Ues1＝108V/m)等于10cm、作为通道壁的内表面的母线的该线的曲率半径R1等于5m、通道壁厚度d1等于1mm、入口对接端中的通道的直径h1等于1mm且出口对接端中的通道的直径h1等于10微米时，能量E≤50MeV的电子束在几乎没有损耗的情况下穿过直至出口。在该实例中， [0218] E1/Q1≤0,1R1d1Ues1/h1， [0219] 即，通过相当大的“储备”来满足不等式(8)。 [0220] 根据图24的导向结构可容易地与以上所讨论的对撞机和循环加速器的环形通道以及以下所讨论的用于获取磁场的装置连接。图25示出类似于图16所示的对撞机的具有环形通道100的两个导向结构140a、140b的这种连接(上述平滑接合被示为附图标记155、156)。为此，其出口端中的所述导向结构的通道壁在平滑接合的帮助下与在其纵轴的曲率中心上的一侧的所述环形通道的壁连接，其具有加速带电粒子通过为所述连接而制备的其壁中的孔注射到闭合通道中的可能性。 [0221] 下文是给出关于所提出发明的对撞机的效率的思想的比较评估。 [0222] CERN中的大强子对撞机使用分3或4级加速到5TeV(即，5·1012eV)的粒子。在使用所提出发明的对撞机时，有可能将注射粒子注射到对撞机中，这些粒子从具有相对较低粒子能量(高达1MeV)的小加速器获取且产生对撞机本身中的粒子的进一步加速，如在上文中所描述的。它在原理上且在工程方面是可行的，因为在使大强子对撞机的粒子加速时分若干级的必要性与在磁场的加速器中的用途相关联，这些磁场不能是具有相当不同能量的粒子的相同场(来自初始射束，从该初始射束加速开始直至粒子应当达到的加速)。在未使用磁场的所提出发明的对撞机中，粒子在一个且相同的环形通道中运动期间具有各种能量(从数keV到数TeV)是没有障碍的。 [0223] 任何对撞机的主要参数是亮度L(交互的研究过程的区段S与每单位时间的有用事件的数量之间的比例因子)由以下公式确定： [0224] L＝(nAnB/S)f， (10) [0225] 其中nA、nB是射束A和B中的粒子密度(单位体积中的粒子数量)，S是射束截面面积，f是粒子的碰撞频率。 [0226] 实现专著[13]中所述的原理的已知对撞机(包括CERN中的大强子对撞机)中的粒子密度受到由库仑交互引起的其互斥力限制，并且不超过109粒子/cm3。库仑交互还在所提出发明的对撞机中发生。然而，在此粒子附加地经历来自起电壁的斥力，其压缩粒子束。 [0227] 示例8：基于粒子之间的与平均距离rm相等的距离处的所述反作用力相等的条件且假设粒子电荷等于电子电荷e，找到所提出发明的对撞机的通道中的粒子密度(忽略拉莫尔力的影响)： [0228] e2/(4πε0rm2)＝eUes。 (11) [0229] 在此，Ues是对撞机的通道壁由其制成的材料的电气强度，ε0是电气常数。 [0230] 作为粒子之间的平均距离rm处的单位体积中的粒子数量的密度n等于： [0231] n＝1/(4πrm3/3)≈1/(4rm3)。 (12) [0232] 通过从等式(11)中找到rm，根据(12)将获取： [0233] n＝2(πε0Ues/e)3/2。 (13) [0234] 假设Ues＝108V/m(对于由玻璃制成的通道)，将得到密度n具有1018粒子/cm3的数量级。 [0235] 因此，当使用以良好电气强度为特征的材料时，所提出发明的对撞机的通道中的粒子密度可超过已知对撞机中的粒子密度数个数量级。考虑到亮度公式(10)包括两个密度的乘积，亮度增加甚至更大。还可观察到，考虑到对相对射束的该作用的上述性质，忽略拉莫尔力的影响不会引入相当大的误差，而对于“追逐”射束，该忽略只有对亮度的低估起作用。 [0236] 所提出发明的对撞机的可能重要的应用之一是增加核反应的产出。 [0237] 在氘核与氘核、或者氘核与氚离子等碰撞的情况下，通过热核中子的产量的示例来进行讨论。 [0238] 在常规中子生成器中，在氘核-氚离子的交互期间，例如在每百万个反应中只有一个反应是正的，即它产生一个热核中子和一个氦离子，总能量产量是17.6MeV。热核中子产出的这种小的可能性通过离子与原子电子壳交互的区段比等于5·10-24cm2的氘核-氚离子交互的核区段高约6个数量级来进行调节。在相对射束的情况下，当使用所提出发明的方法时，发生条状原子核的交互，即出现所述值为5·10-24cm2的交互区段。 [0239] 为了使热核中子产出的可能性的相应增加成为，应当满足数个附加条件。即，在小弹性偏差处，离子应当保留在势阱中。当氚离子遇到氘核时，使其各自具有约50keV的能量是足够的。评估示出如果势阱具有相同数量级的深度(即，～50keV)，则约25％的离子将经历积极反应。在此情况下，在四次碰撞中具有0.4MeV的总能量损耗时，以氦离子能量形式发生17.6MeV，即能量产出大致增加44倍。在多种情况下，例如在由玻璃制成的通道壁的厚度具有数毫米数量级时，很有可能实现50keV的可能垒势。同时，相对射束的核反应的可能性可显著地超过相对射束与残余气体交互的可能性是必要的。这可在超高真空～(107÷108)粒子/cm3的条件下提供，这也是十分可行的。 [0240] 因此，由于高真空和高势阱的存在，与中子生成器中的电流状况相比，有可能使热核中子的产出增加数个数量级。 [0241] 在通过核合成使用所提出发明的对撞机来获取正能量产出的可能性的实际实现中，有必要使环形通道的外表面冷却，通道壁由快速中子加热，因为大量的加热可导致壁的内表面的起电的影响消失。在能够吸收快速中子的各种光冷却剂(例如，水)的帮助下，有效冷却是可能的。此外，为了增加环形通道的壁(在此情况下，该壁起到热核反应器中的第一壁的作用)的使用寿命，将具有小离子溅射因子的电介质(例如，非晶硅玻璃)用于制造是有利的。 [0242] 增加对撞机的环形通道的壁的表面也是有利的。例如，如果所释放的功率具有10MW的数量级，则约2MW(即，约20％)落到在对撞机壁上吸收的氦离子上。在实际容许热负载为(50÷100)W/cm2时，它意味着对撞机壁的表面面积应当具有(2÷4)·104cm2的数量级。 在对撞机的环形通道的外径(h+2d)等于40÷80mm时，这种表面面积大致对应于10m的对撞机轴线的长度，即对撞机的纵轴线的半径R应当约为1.5m。 [0243] 作为中子源的对撞机可用于嬗变使用期长的放射性废物。在该实例中，这种废物的容器被放置在最密集地释放中子的区域中。如果对撞机被制备成单个环形通道，则所述容器可沿着该通道的整个周长排列在该通道周围，或者如果如图23所示存在收缩部112，则所述容器可排列在这些收缩部附近。如果对撞机被制备成具有相互交叉或接触的纵轴线111a、111b的两个环形通道，则容器可被放置在如图21、22所示的接触或交叉的这些点附近。 [0244] 给定示例与所提出发明的对撞机没有必要使用磁场(在-271℃的温度下在使用的大强子对撞机1624超导磁体中)的事实一起确认对撞机实现的效率和简单性。 [0245] 最后一个所提出发明是指用于获取由加速带电粒子的电流产生的磁场的装置。 [0246] 该装置还使用用于改变加速带电粒子束的运动方向的所提出发明设备。在此情况下，该装置发挥加速带电粒子束运动通过的闭合管道的作用，并且类似于闭合活动线圈或者依次连接的若干同轴线圈的功能。为此，在所提出发明的装置中，所述设备包含用于传送加速带电粒子的弯曲通道，通道壁由能够起电的材料制成。该通道制成具有平滑线形状的纵轴，通过以下关系式使该纵轴的曲率的最小半径R与设计用于获取磁场的该装置进行操作的粒子束的最高能量E和电荷Q相关，该关系式还包括通道壁的最小厚度d、通道壁材料的电气强度Ues、以及位于所述表面相同法线上的通道截面中的通道内表面的两个点之间的最长距离h： [0247] E/Q [0248] 此时，通道变成闭合。此外，所提出发明的设备包含用于使加速带电粒子注射到通道中的注射器。 [0249] 以上不等式(7*)满足条件(7)。在没有由与壁的接触引起的损耗的情况下，遵循该不等式提供了射束在通道中的聚焦以及其沿着轨迹的运动，其形状对应于闭合通道的形状。 [0250] 图26示出所提出发明设备的制备，其中其通道171被制备成具有表示一个闭合轮廓(看起来像平滑线)的纵轴172(在所示的附图中，它是只部分地示出的具有半径R的圆形)；附图标记173表示注射器。在图26的右边部分中，示出通道171的截面，并且给出尺寸h和d。在此，箭头示出用于注射加速带电粒子束的优选位置。通道171配备有静电加速的区段，每一区段包含一对电极174。在该实例中，制备成凸曲线的通道(其特殊情况是圆形)允许确保在所提出发明装置的最小尺寸处满足条件(7*)。 [0251] 图27示出制备所提出发明装置的另一特定情况，其中通道175具有圆柱螺旋线180的形式的纵轴(只部分地示出)，其各端与拱形部176互连。后者具有超过螺旋线线圈的曲率半径R的半径，并且因此针对其有意地满足以上条件。与在图26中相同，在图27中，附图标记174示出静电加速的区段的多对电极。在图27的左边部分中，给出通道175的截面的图片，并且示出尺寸d和h。 [0252] 在与根据图26的设备中相同时，通道中的射束电流及其纵轴的曲率半径R，根据图27的设备允许增加磁场感应。 [0253] 已知磁场广泛地用于当代机器(具体而言为电动机和发电器)和科学研究中。此时，获取强磁场的任务保持局部(topical)。该表示的已知装置表征为大尺寸和重量、以及功耗。所提出发明的设备相当地轻和紧凑。例如，壁厚度d＝6mm的其纵向轴线的直径2R＝100cm且内径h＝3mm的玻璃环略重于一千克。在这种环中，产生感应3÷5特斯拉或更多的场是容易的。 [0255] 所提出发明设备的闭合通道中的电流是可调整的；因此，有可能具有遵循期望定律在时间上变化的所产生磁场的感应。这产生了未来使用该设备(具体地产生带电粒子的加速器的感应)的前提。 [0256] 由于所提出发明设备的小尺寸和低重量，可预期未来在空间装备中的应用。 [0257] 所提出发明设备一般在磁场的感兴趣的应用可以是具有磁垫的传送系统。利用所提出发明设备的这些系统可变得相当地便宜。 [0258] 允许获取强磁场的所提出发明非设备可证明对于使毫微和微粒子以及小物体加速到高速度(具体地使其发射到空间中)是很有效的。 [0259] 强磁场的重要应用是将其用于在100,000,000度数量级的高温下的等离子体保持。最佳已知项目是ITER-托卡马克，其中等离子体保持在环形场中。等离子体保持需要具有5÷10特斯拉的数量级的感应。类似场在所谓的磁镜(参见例如D.D.Ryutov的开放阱，“物理科学的进步(The Advances of Physical Sciences)”，1988，4月，第154卷，第4期，第565-614页[20])中也是必需的。图28再现了来自文章[20]的附图，该附图示意性地示出托卡马克装置(在左边)和磁镜(在右边)；附图标记181表示用于产生磁场的线圈。在托卡马克装置和磁镜两者中，每一线圈181可用根据图26所示的所提出发明的环来替代。 [0260] 然而，在托卡马克装置中使用用于获取由加速带电粒子的电流产生的磁场的所提出发明的装置更合理，这种装置的制备如图29所示。在该实例中，所提出发明的设备具有在圆环面上缠绕的闭合螺旋线形式的纵轴的通道190，该通道190产生环形磁场。如在图26、27所示的情况下，在图29中，附图标记174表示静电加速的区段的多对电极；附图标记182表示注射器。在图29的右边部分中，示出通道181的截面，并且给出包括在条件(7*)中的尺寸h和d。 [0261] 在普罗布考羌中，线圈整体可用类似于图27所示的闭合螺旋线式通道来替代，其中螺旋线回路的直径遵循与在图28的右边部分中示出的线圈181的直径相同的定律而变化。 [0262] 示例9：为了获取根据图26的具有6特斯拉的感应的磁场，在纵轴线的直径R＝20cm的情况下，需要106安培数量级的电流。在电子能量为100keV且注射电流为10-2A时，这种电流可大致在环形通道中在1秒钟内产生。这种电流可使用现代电子枪来容易地产生。假设通道在不低于10-12原子的水平处具有超高真空。 [0263] 在静电加速的区段的电极的每一对174中，粒子运动方向上的第一电极是其极性与粒子电荷的符号相反的电极。作为粒子，可使用电子以及质子和离子。 [0264] 粒子束可以与在所提出发明的循环加速器和对撞机中完成相同的方式注射到通道中。具体地，这可使用以上所述且在图24中示出的导向结构来实现。如图26、27、29所示，安装注射器更有利，从而可发生粒子通过通道的纵轴的曲率中心上的壁侧(它是相对于射束在运动通过通道时“挤压”的一侧的相对侧)注射到通道中。 [0265] 满足作为规则的所提出发明方法中的以上条件(1)-(8)、(2*)-(7*)不难。实际上，使用更严格的条件是有利的，其中与列出的条件相比，不等式的左边部分比左边部分小5÷10倍，如在所包括的示例中的情况。 [0266] 信息源 [0267] 1.电气设备百科辞典，莫斯科，“Sovetskaya百科全书”出版社(第339、357-358、572页)。 [0268] 2.物理百科全书，“Bolshaya Rossiiskaya百科全书”出版社，莫斯科，1998(第3卷，第241、406-409页；第5卷，第246-253页)。 [0269] 3.N.F.Shul'ga、V.I.Truten'、I.V.Kirillin的快速带电粒子束通过弯曲晶体(Passage of the Beams of Fast Charged Particles through the Bent Crystal)，“哈尔科夫大学的先驱者(Herald of the Kharkiv University)”，第887号，2010，物理丛书“原子核、粒子、磁场”，1/45/期，第54-64页。 [0270] 4.1985年1月15日公布的USSR发明人证书No.1064792。 [0271] 5.带电粒子束的物理学和加速技术(The physics of the beams of charged particles and accelerating technique)，“基础物理学的新闻和问题(News and Problems of Fundamental Physics)”，俄罗斯联邦国家研究中心，高能量物理学协会(Protvino)，2010，No.1(8)，第28-39页。 [0272] 6.N.Stolterfoht、V.Hoffmann、R.Hellhammer等的3keV Ne7+离子通过在PET聚合物中蚀刻的毫微毛细管的导向传输(Guided transmission of 3keV Ne7+ions through nanocapillaries etched in a PET polymer)，“物理研究部分B中的核仪器和方法：与材料和原子的射束交互(Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section.B:Beam Interactions with Materials and Atoms)”，第203卷，2003年4月，第246-253页。 [0273] 7.K.A.Vokhmyanina的使用介电通道控制正离子束(Controlling the Beams of Positive Ions Using Dielectric Channels)，物理数学学科的候选论文(Dissertation for the degree of candidate of physico-mathematical sciences)，莫斯科，MGU，2007年。 [0274] 8.2007年1月11日公布的日本专利申请No.2005-185522。 [0275] 9.Wei Wang、Dejun Qi、Deyang Yu等的人低能量电子通过SiO2管的传输(Transmission of low-energy electrons through SiO2tube)，“物理学期刊：会议丛书(Journal of Physics:Conference Series)”，163(2009)012093(IOP公布)，第1-4页。 [0276] 10.F.F.Komarov、A.S.Kamyshan、Cz.Karwat的在传输通过绝缘毛细管的质子的角分布中的精细结构(A fine structure in angular distributions of protons transmitted through insulating capillaries)，“真空”，83(2009)，第51-53页。 [0277] 11.关于电子工程材料的参考手册(Reference Manual on Electro-Engineering 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