Оптимизация электронно-оптических каналов на основе модели локально холодного пучка

• Автор: Мигинский, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 206 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Г лава 1. Постановка задачи и состояние вопроса

1.1. Качество пучка заряженных частиц

1.2. Состояние проблемы

1.3., Постановка задачи

Глава 2. Основы метода

2.1. Основные уравнения. Оценка значимости эффекта

собственного заряда

2.2. Основы метода. Продольная неоднородность заряда

2.3. Основы метода. Поперечная неоднородность заряда
2.4. Безразмерное уравнение малых колебаний
2.5. Нелинейность зарядовых колебаний
2.6. Матрица преобразования и зарядовая фаза
2.7. Дифференциальные характеристики сгустка
2.8. Выводы
Глава 3. Собственный заряд в различных типах каналов
3.1. Эффект продольной неоднородности заряда в
однородном канале
3.2. Эффект поперечной неоднородности заряда в
однородном канале
3.3. Совместный эффект в однородном канале
3.4. Эффект продольной неоднородности заряда в
неоднородном канале
3.5. Эффект поперечной неоднородности заряда в
неоднородном канале
3.6. Совместный эффект в неоднородном канале
3.7. Эффект собственного заряда при.группировке
3.8. Эффект собственного заряда при ускорении
3.9. Параметры оптимальных каналов
3.10. Выводы
Г лава 4. Собственный заряд в электронных пушках
4.1. Макроскопический эффект собственного заряда в
пушках
4.2. Эффекты сетки
4.3. Выводы
Г лава 5. Оптимизатор сильноточных электронных каналов
5.1. Мотивация
5.2. Предлагаемая модель
5.3. Алгоритм
5.4. Пользовательский интерфейс
5.5. Примеры каналов, оптимизированных при помощи кода
5.6. Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Один из главных показателей качества пучка — поперечный эмитганс (обычно прилагательное "поперечный" опускается) - есть мера эффективного объема, занимаемого пучком в поперечной фазовой плоскости (ФП). В широко распространенных до сих пор циклических ускорительных машинах эмиттанс определяется конкуренцией процессов возбуждения и затухания бетатронных колебаний. В машинах с конечной длиной траектории пучка эффект таких процессов, как правило, чрезвычайно мал и эмиттанс определяется (1) свойствами эмиттера, (и) нелинейностью и (111) временной зависимостью фокусировки, а также (ш) рядом коллективных эффектов: (а) кильватерным полем, (Ь) когерентным синхротронным излучением и (с) эффектом собственного заряда. В связи с возрастающим количеством таких машин и успехами технологии в создании сильноточных эмиттеров с малым эмиттансом резко возрос интерес к сохранению рекордно малого эмитганса сильноточного пучка до места его использования, так что изучение коллективных эффектов и уменьшение их влияния на эмиттанс представляются крайне актуальными. В последнее время имеется особый спрос на машины с предельно малым эмиттансом, 1 мм-мрад (нормализованный) и менее, и большим пиковым током - сотни и тысячи ампер. Такие машины используются в коротковолновых лазерах на свободных электронах [1] - [4], линейных коллайдерах [5], [6],
комптоновских источниках излучения [7], [48] и источниках синхротронного излучения четвертого поколения на базе ускорителей-рекуператоров [8] — [10].
В ряду эффектов собственный заряд превалирует в тех частях машины, где энергия пучка относительно невелика. Его влияние падает обратно пропорционально энергии и квадрату размера пучка. Можно сказать, что влияние собственного заряда преобладает, если поперечная потенциальная

Форма, конечно, далеко не идеальная (Рис. 1.3), но в результате эмиттанс сгустка с зарядом 1 нКл длительностью 9 пс на полувысоте улучшен в 1.4 раза - до 1.2 мм мрад. Оптическая схема инжектора оставлена без изменений, так что emittance compensation работает по-прежнему.
Time (ps|

X fnii.il
Time [рч|
Y [mm}
Рис. 1.3. Сформированный сгусток в инжекторе BNL/SLAC/UCLA. Взято из |90| Fig. 2, Fig. 3. Слева - продольная структура, "гауссов" (а) и "прямоугольный" (Ь). Справа - поперечная структура, по горизонтали
(а) и вертикали (Ь).
1.3. Постановка задачи
Как видно из двух предыдущих параграфов, имеется значительный интерес к эффективному анализу ярких пучков и процессов в них. Имеются некоторые модели движения пучков с превалированием собственного заряда. Общие выводы, сделанные с помощью этих моделей, подтверждены экспериментально. В то же время имеющиеся модели никак нельзя назвать достаточно корректными и, тем более, завершенными. Также отсутствуют хоть сколько-нибудь простые и достоверные оценки эмитганса пучка, который можно было бы получить из некоторой гипотетической машины с заданными параметрами. Практически отсутствуют также рекомендации по