Влияние несинхронных гармоник электромагнитного поля на устойчивость движения ионных пучков в линейных резонансных ускорителях на малую энергию

• Автор: Дюбков, Вячеслав Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 179 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение................................................... :

1 Уравнение движения ионных пучков в периодическошрезонансной: структуре в гладком приближении.. .................................. :

Г. 11 Вывод уравнения движения вщладком: приближении

1.2 Исследование особенностей фазового движения

1.2.1 Поиск точки типа седло эффективной, потенциальной функции

1.2.2 Фазовый размер области устойчивого движения пучка

1.3 Усреднённое уравнение движения с учётом собственного поля? пространственного заряда пучка

1.4 Исследование резонансов связи-колебаний пучка

2 Продольная и •поперечная динамика пучка в гладком приближении

2.1. Движение в структуре с высокочастотной фокусировкой

2.1.1 Особенности фазового движения частиц
2.1.2 Особенности радиального движения
2.2 Движение в структуре с электростатическим ондулятором
2.2.1 Особенности продольного движения пучка-
2.2.2 Особенности радиального движения
2.3 Исследование динамики протонных пучков в гладком приближении;
2.3.1 Динамика в структуре с высокочастотной фокусировкой
2.3.2 Динамика в структуре с электростатической фокусировкой
2.4 Динамика низкоэнергетического пучка ионов свинца
2.4.1 Динамика в структуре с высокочастотной фокусировкой
2.4.2 Динамика в структуре с электростатическим ондулятором
3 Численное моделирование динамики ионных пучков в структурах с высокочастотной и электростатической фокусировкой
3.1 Выбор численной модели
3.2 Результаты численного моделирования динамики низкоэнергетических ионных пучков

3.2.1 Динамика протонов в ускорителе с высокочастотной фокусировкой
3.2.2 Динамика протонов в системе с электростатическим ондулятором
3.2.3 Динамика интенсивных пучков ионов свинца
4 Усреднённая динамика частиц с учётом адиабатического затухания колебаний
4.1 Построение модели движения
4.2 Анализ устойчивости движения
4.3 Исследование особенностей движения пучка
4.4 Результаты моделирования динамики ионного пучка в гладком приближении
4.5 Результаты численного моделирования самосогласованной динамики ионного пучка
5 Метод выбора геометрических параметров каналов структур по заданному распределению поля
5.1 Исследование гармонического состава поля в канале структуры с электростатическим ондулятором
5.2 Выбор параметров канала структуры с аксиально-симметричной высокочастотной фокусировкой
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Bi настоящее время в ядерной физике, физике высоких энергий' а также, в высокотехнологичных отраслях промышленности- широкое применение находят, малогабаритные сильноточные линейные ускорители, низкоэнергетических протонов и тяжёлых ионов.
Такие установки являются основной частью всех сильноточных ионных ускорителей» и используются1 в качестве инжекторов в крупных ускорительных комплексах. Важно отметить, что современный? уровень.-технологии линейных ускорителей на высокие энергии (~ ГэВ) позволяет применить ускорители, в частности, протонов в электроядерных системах, «управляемых» ускорителями (ADS), для эффективного производства энергии, и трансмутации отходов ядерной энергетики [1]. Кроме того, они имеют самостоятельное применение. Так, они используются для ионной имплантации и модификации поверхностей при производстве полупроводниковых материалов [2], в системах нейтральной инжекции термоядерных установок типа ТОКАМАК [3], в адронной терапии злокачественных новообразований [4], в различных технологиях, использующих нейтронные генераторы. Последние находят применение в активационном анализе, нейтронной дефектоскопии и в некоторых других областях [5].
В научных исследованиях по физике элементарных частиц ускорители развиваются по направлению увеличения энергии до десятков ГэВ/нуклон. В ядерной физике ускорители развиваются в направлении улучшения характеристик пучка (например, энергетического разрешения и интенсивности). Важной областью является развитие ускорительной техники с целью практического применения (в прикладных работах используется около 90 % всех производимых ускорителей). Здесь развитие ускорителей направлено-на уменьшение их габаритов, стоимости, повышения надёжности и времени бесперебойной работы, достижения высокой мощности пучка и
академического интереса, что имеет место ситуация, в которой фаза синхронной гармоники отличается- на 180° от фаз всех остальных пространственных гармоник, окажется, что зависимость (^эшф* всегда будет находиться внутри заштрихованной области- диаграммы устойчивости (см; рисунок 1.2) для указанных, значений равновесной фазы. Это означает, что при данных значениях равновесной фазы- на одном ВЧ периоде образуются- два локальных минимума. ЭПФ. Такая ситуация противоречит постановке задачи, поскольку приходиться отдельным образом оговаривать для-какого из локальных минимумов отыскивается,искомая величина.
Таким образом, выполнено полное исследование ЭПФ в общем случае, т. е. для полигармонического состава-внешнего поля.
1.3 Усреднённое уравнение^ движения с учётом собственного поля пространственного.заряда пучка
Число частиц, захваченных в процесс ускорения, определяется рельефом потенциала, в котором происходит их движение относительно равновесной частицы. Совершенно ясно, что собственный объёмный заряд пучка искажает рельеф потенциала внешнего заданного поля, что в свою очередь отражается на величине коэффициента захвата частиц. Поэтому, рассмотрим, упрощённую самосогласованную задачу о движении пучка заряженных частиц в ускоряюще-фокусирующем канале. Примем, что влиянием металлических стенок структуры на собственное поле пучка можно пренебречь. Окончательный результат существенным образом зависит от выбора модели пучка. При аналитическом исследовании динамики сильноточных пучков в линейных ускорителях принято изучать динамику пучка в одночастичном приближении во внешнем электромагнитном поле и в поле собственного заряда пучка, полученного заменой суперпозиции полей большого количества взаимодействующих частиц пучка полем его непрерывно распределённого пространственного заряда, пренебрегая парными столкновениями.