Il Nuovo Cimento B (1971-1996)

, Volume 20, Issue 1, pp 173–195 | Cite as

Magnetically insulated and inductively charged capacitor for the attainment of gigavolt potentials

  • F. Winterberg
Article

Summary

A magnetically insulated coaxial capacitor of toroidal geometry is proposed which promises the attainment of gigavolt potentials. In contrast to earlier ideas employing the concept of magnetic insulation the proposed device does not depend on superconductors. Furthermore, also in contrast to earlier proposals, the charging does not require a high-energy electron accelerator but can simply be, performed inductively within a fraction of a second. The short charging time is of importance because magnetic insulation may prevent break-down only on a comparatively, small time scale. The energy of the device is discharged in the form of an intense relativistic electron beam with beam voltages and energy outputs many orders of magnitude larger than what is presently possible with Marx generators. The two most important applications of this machine seem to be in the field of thermonuclear fusion and the collective acceleration of ions up to energies of 103 GeV. Other applications are the generation of intense meson beams, gamma-ray flash tubes, the pumping of high-power lasers and ultrastrong microwave pulse generators.

Изолированный в магнитном отношении и индуктивно заряженный конденсатор для получения гигавольтных потенциалов

Резюме

Предлагается изолированный в магнитном отношении коаксиальный конденсатор с тороидальной геометрией, который может быть исполязован для получения гигавольтных потенциалов. В противоположность предыдущим идеям, использующим концепцию магнитной изоляции, предложенный прибор не зависит от сверхпроводников. Кроме того, в противоположность прежним предложениям, зарядка не требует электронного ускорителя на высокую энергию и может быть осуществлена индуктивно за доли секунды. Короткое время зарядки является важным потому, что магнитная изоляция может подавить пробой лишь на сравнительно малом промежутке времени. Энергия прибора разряжается в виде интенсивного релятивистского электронного пучка с напряжением пучка и энергией на выходе, которые на много порядков больше, чем соответствующие величины, получаемые в настоящее время с помощью генераторов Маркса. Две наиболее важные области применения этой машины, по-видимому, представляют область термоядерного синтеза и область коллективного ускорения ионов до энергий вплоть до 103 ГэВ. Другие области применения представляют получение интенсивных мезонных пучков, гамма-лучевых ламп-вспышек, накачивание лазеров высокой мощности и ультрасильных микроволновых импульсных генераторов.

Riassunto

Si propone un condensatore coassiale a geometria toroidale isolato magneticamente da cui ci si aspetta il raggiungimento di differenze di potenziale dei gigavolt. In contrasto con le idee che in precedenza hanno usato il concetto di isolamento magnetico, l'apparecchiatura proposta non dipende da superconduttori. Inoltre, ancora in contrasto con proposte precedenti, la carica non richiede un acceleratore di elettroni ad alta energia ma si può ottenere per induzione in una frazione di secondo. Possono essere importanti i bassi tempi di carica perché l'isolamento magnetico è in grado di prevenire la rottura solo in un ordine di tempo relativamente piccolo. Si fa scaricare l'energia dell'apparato in forma di un intenso fascio di elettroni relativistici con voltaggi del fascio e uscite di energia di molti ordini di grandezza superiori rispetto a quanto è attualmente possibile con generatori di Marx. Si ritiene che le due più importanti applicazioni di questa macchina siano nel campo della fusione nucleare e l'accelerazione rimultanea di ioni per energie fino a 103 GeV. Altre applicazioni sono la generazione di intensi fasci di mesoni, tubi a impulsi di raggi gamma, come pompa in laser di alta potenza e generatori impulsivi di microonde ultraforti.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. (1).
    F. Winterberg:Phys. Rev.,174, 212 (1968).ADSCrossRefGoogle Scholar
  2. (2).
    V. I. Veksler: inProceedings of the CERN Symposium on High-Energy Accelerators, (Geneva, 1956), p. 80.Google Scholar
  3. (3).
    M. L. Ivonovich, N. B. Rubin andV. P. Sarantsev:Atomnaya Energiya,27, 301 (1969).Google Scholar
  4. (4).
    S. E. Graybill andJ. R. Uglum:Journ. Appl. Phys.,41, 236 (1970).ADSCrossRefGoogle Scholar
  5. (5).
    F. Winterberg:Rendiconti S.I.F., Course XLVIII (New York, 1971), p. 370.Google Scholar
  6. (6).
    F. Winterberg:Nucl. Fusion,12, 353 (1972).CrossRefGoogle Scholar
  7. (7).
    F. Winterberg:Rev. Sci. Instr.,41, 1756 (1970).ADSCrossRefGoogle Scholar
  8. (8).
    F. Winterberg:Rev. Sci. Instr.,43, 814 (1972).ADSCrossRefGoogle Scholar
  9. (9).
    G. S. Janes, R. H. Levy, H. A. Bethe andB. T. Feld:Phys. Rev.,145, 925 (1966).ADSCrossRefGoogle Scholar
  10. (10).
    D. L. Morrow, J. D. Phillips, R. M. Stringfield, jr.,W. O. Doggett andW. H. Bennett:Appl. Phys. Lett.,19, 441 (1971).ADSCrossRefGoogle Scholar
  11. (11).
    F. C. Ford: private communication.Google Scholar
  12. (12).
    S. A. Bludman, K. M. Watson andM. N. Rosenbluth:Phys. Fluids,3, 747 (1960).ADSCrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Società Italiana di Fisica 1974

Authors and Affiliations

  • F. Winterberg
    • 1
  1. 1.University of NevadaReno

Personalised recommendations