Расчет динамики и оптимизация параметров ускорительных комплексов различного назначения

• Автор: Посеряев, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 181 с. : ил.

ГЛАВА I. ДИНАМИКА ПУЧКА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ УСКОРИТЕЛЕ ЭЛЕКТРОНОВ НА ЭНЕРГИЮ 10 МЭВ
1.0. Введение
1.1. Выбор схемы и оценка параметров ускорителя
1.1.1. Режим работы ускоряющей структуры
1.1.2. Выбор типа и длины ускоряющей структуры
1.1.3. Состав и компоновка ускорителя
1.2. Расчёт динамики пучка
1.2.1. Предварительная оценка параметров ячеек и исследование свойств ускоряющей структуры
1.2.2. Требования к инжектируемому пучку
1.2Л. Динамика пучка с расчётными полями ячеек
1.2.4. Учёт характеристик электронной пушки
1.2.5. Дополнительная фокусировка пучка
1.2.6. Регулирование энергии пучка
1.3. Система инжекции
1.3.1. Проблема обратной бомбардировки катода
1.3.2. Оценка эффекта обратной бомбардировки
1.3.3. Описание системы инжекции
1.3.4. Положение и основные параметры поворотного магнита
1.3.5. Положение и основные параметры соленоида
1.3.6. Динамика пучка в ускорителе с учётом системы инжекции
1.4. Определение параметров пучка заряженных частиц с учетом сил пространственного заряда
1.4.1. Уравнение для огибающей пучка
1.4.2. Методика определения основных параметров пучка
1.4.3. Определение параметров электронной пушки мощного технологического ускорителя электронов
1.5. Заключение
ГЛАВА II. НАКОПИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ КОМПАКТНОГО ИСТОЧНИКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Н.О. Введение
П.0.1. Существующие источники рентгеновского излучения
II.0.2. Основная идея источника излучения нового типа и его
практическое применение
П.0.3. Принципиальная схема источника излучения на обратном
комптоновском рассеянии
П.1. Характеристики генерируемого излучения
П.1.1. Теория рассеяния
П.1.2. Спектр рентгеновского излучения
П.2. Состав и функционирование рециркулятора
П.2.1. Рециркулятор
П.2.2. Инжектор рециркулятора
П.З. Особенности динамики пучка в рециркуляторе
П.3.1. Лазерное охлаждение
П.3.2. Когерентное синхротронное излучение
П.3.3. Внутрипучковое рассеяние
П.4. Структура рециркулятора
П.4.1. Линейная структура рециркулятора
11.4.2. Коррекция хроматичностей
П.4.3. Хроматические аберрации высоких порядков и их коррекция
П.4.4. Динамическая апертура рециркулятора
П.5. Заключение
Глава III. РАЗРЕЗНОЙ МИКРОТРОН ДЛЯ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ
РАДИАЦИОННОЙ ТЕРАПИИ
Ш.О. Введение
Ш.0.1. Интраоперационная терапия
Ш.0.2. Разрезной микротрон для интраоперационной радиотерапии
Ш.1. Структура линейного ускорителя
Ш.1.1. Выбор типа структуры
Ш.1.2. Выбор рабочей частоты
ПГ.1.3. Оптимизация ускоряющей структуры
1П.2. Краевое поле поворотных магнитов
Ш.2.1. Зависимость размеров и массы поворотного магнита разрезного
микротрона от длины волны
Ш.2.2. Оптимальное краевое поле поворотного магнита
Ш.З. Аналитическое исследование фазового движения в разрезном
микротроне
Ш.3.1. Равновесная фаза
Ш.3.2. Аналитический метод расчета начальной фазы равновесной
частицы и параметров разрезного микротрона
Ш.3.3. Метод численного расчета фазы равновесной частицы и
параметров разрезного микротрона
Ш.3.4. Сравнение результатов численных расчётов с аналитическими
выражениями
Ш.3.5. Заключение
Приложение. Аналитическое вычисление параметров равновесной
частицы с произвольной степенью точности
1П.4. Заключение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Начало использования ускорителей заряженных частиц в качестве эффективного инструмента для фундаментальных исследований в области экспериментальной физики относится к тридцатьм годам двадцатого века. С этого времени наблюдается непрерывный прогресс в разработке и сооружении ускорительных установок, в ходе которого данная прикладная отрасль науки прошла путь от небольших лабораторных установок с умеренными характеристиками пучков до высокоэнергетических интенсивных машин гигантских размеров, вокруг которых возникли многочисленные научные центры.
Являясь незаменимыми приборами для фундаментальных исследований, ускорители заряженных частиц нашли также широкое применение в прикладных исследованиях, медицине и промышленности. Непрерывно развивающиеся и совершенствующиеся технологии, применяемые в ускорительной технике, позволяют в настоящее время создавать компактные и относительно недорогие установки, благодаря чему постоянно расширяется спектр возможного применения ускорителей.
Основной целью диссертационной работы являлось выполнение расчетов динамики пучка для проектов ускорительных комплексов различного назначения, реализуемых в НИИЯФ МГУ и других организациях, с учётом электродинамических характеристик и оптических свойств основных элементов ускорителей, а также оптимизация параметров установок на основании полученных данных.
Первая глава диссертации посвящена расчету и оптимизации параметров пучка и режима работы мощного ускорителя для станции электронной обработки, разрабатываемого совместно НИИЯФ МГУ и ФГУП «НПП Торий». В рамках данного проекта решалась задача разработки линейного ускорителя электронов с энергией пучка 10 МэВ и мощностью до 50 кВт.
Первый раздел главы I посвящён выбору оптимальной схемы и оценке параметров линейного ускорителя. В этом разделе приведены состав и
3. Пучок параксиален. Это условие предполагает, что расстояния, на которых происходит существенное изменение радиуса огибающей пучка, много больше /?. В этом случае можно пренебречь продольными силами и рассматривать пучок в приближении бесконечной длины.
Следует отметить, что в виду отсутствия азимутальных сил существенным является только радиальное движение частиц. Разброс по азимутальным скоростям оказывает лишь небольшое влияние на величину центробежной силы.
Рассмотрим линейную осесимметричную силу, ограничивающую пучок, которая существенно изменяется на продольных расстояниях много больших радиуса огибающей 7?. Эту силу можно записать в виде
В отсутствие других сил частицы пучка описывают эллиптические траектории в фазовом пространстве, соответствующие радиальным колебаниям. Частота колебаний одинакова для всех частиц и равна
если V, « V.. В выражении (1.8) то - масса покоя частицы, у - релятивистский фактор.
(1.7)
(1.8)
граничная
траектория
распр
частиц в пучке

Рис. 1.35. Траектории частиц в фазовом пространстве при наличии линейной радиальной силы.
На рисунке 1.35 можно видеть граничную траекторию пучка. Семейство траекторий частиц на фазовой плоскости представляет собой совокупность эллипсов, вложенных друг в друга и заполняющих всё пространство внутри