Повышение эффективности кильватерного ускорения заряженных частиц в волноведущей структуре с диэлектрическим заполнением

• Автор: Альтмарк, Александр Моисеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 167 с. : ил.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КИЛЬВАТЕРНОГО МЕТОДА УСКОРЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ВОЛНОВЕДУЩЕЙ СТРУКТУРЕ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЗАПОЛНЕНИЕМ
2. ВОЗБУЖДЕНИЕ РЕЛЯТИВИСТСКИМ ЭЛЕКТРОННЫМ СГУСТКОМ УСКОРИТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ с
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЗАПОЛНЕНИЕМ
2.1. Система уравнений для полей, возбуждаемых точечным
сгустком в волноводе с диэлектрическим заполнением
2.2. Поле излучения Вавилова-Черенкова в однослойном диэлектрическом волноводе
2.3. Численное моделирование задачи о возбуждении цилиндрического диэлектрического волновода
точечным релятивистским электронным сгустком
2.4. Кильватерное поле сгустка с пространственно
распределенным зарядом
2.5. Характеристики волноводной диэлектрической
структуры
2.6. Поле излучения Вавилова-Черенкова в двухслойном диэлектрическом волноводе с вакуумным зазором
Выводы
3. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КИЛЬВАТЕРНОГО УСКОРЕНИЯ В УСКОРИТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЕ С
ДИЭЛЕКТРИЧЕСИКМ ЗАПОЛНЕНИЕМ
3.1. Коэффициент трансформации
3.2. Кильватерное поле ассиметричного сгустка
3.3. Методы повышения коэффициента трансформации
3.4. Особенности генерации последовательности сгустков фотоинжектором AWA
3.5. Моделирование эксперимента по многосгустковому ускорению
3.6. Многомодовый режим многосгусткового ускорения
3.7. Компенсация рассогласования частотного спектра диэлектрического волновода с частотой фотоинжектора
3.8. Многосгустковое кильватерное ускорение в плазме
Выводы
4. УПРАВЛЯЕМАЯ УСКОРИТЕЛЬНАЯ КИЛЬВАТЕРНАЯ
СТРУКТУРА С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЗАПОЛНЕНИЕМ
4.1. О возможности варьирования частоты ускорительной структуры с помощью дополнительного
сегнетоэлектрического слоя
4.2. Кильватерное поле в волноводе с
сегнетоэлектрическим слоем
4.3. Энергетические потери
4.4. Конфигурация электродов для управления сегнетоэлекгриком.
Управляемая кильватерная ускорительная структура с
возможностью селекции мод
4.5. Исследование возможности управления спектром в
прямоугольном резонаторе
Выводы
Публикации по теме диссертации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение
В настоящей работе рассмотрены, главным образом, задачи генерации электромагнитного излучения короткими сильноточными пучками электронов в регулярных волноводных структурах с диэлектрическим (в том числе и многослойным) заполнением. Данная проблематика напрямую связана с развитием новых методов ускорения пучков заряженных частиц, а именно кильватерного метода ускорения, заключающегося в том, что в ускоряющей структуре, возбуждаемой генераторным сильноточным сгустком низких энергий, ускоряется основной (ведомый) сгусток высоких энергий. Реализация схем кильватерного ускорения возможна как в замедляющих периодических структурах, так и в структурах с диэлектрическим заполнением.
Новые методы ускорения находятся на передовом рубеже ускорительной физики, что вызвано достижением физических пределов напряженности полей и допустимых уровней мощности для традиционных схем. К новым методам ускорениям следует отнести, помимо описанных выше кильватерных схем, ускорение в плазме, причем генерация может осуществляться как электронным сгустком, так и лазерным импульсом. Значительный прогресс достигнут и в ускорении заряженных частиц лазерным импульсом в вакууме. Предложен ряд схем по ускорению поверхностными волнами в диэлектрических прямоугольных структурах в инфракрасном диапазоне частот.
Существенный интерес в области новых методов ускорения сосредоточен на кильватерном ускорении в структурах с диэлектрическим заполнением, имеющих ряд преимуществ: это и удаленность максимума ускоряющего поля от
поверхностей структуры (в отличие от периодических вакуумированных структур), и относительно малые отклоняющие поля, ограничивающие длину эффективного ускорения. Сложности обработки поверхности и более низкий порог высокочастотного пробоя по сравнению с металлом преодолевается в последние годы в связи с разработкой новых высокодобротных микроволновых керамических и поликристаллических материалов. Экспериментальные работы по разработке подобных структур требуют генерации сверхкоротких (10-30 пс) сильноточных (10-100 нК) электронных сгустков и проводятся в Аргоннской и Брукхэйвенской

2 10 - «
-5 4
^ 1-5 -Ю " <
1 ■^г о ‘V ( )
5000 ‘ < Л
Г
0 20 40 60 80 1 00 120
к, см'1
Рис.2.6. Отклоняющее поле, создаваемое точечным сгустком: а) амплитудно-частотное распределение, б) кильватерное поле за сгустком.