Развитие электронно-оптических систем мощных импульсных клистронов для линейных коллайдеров

• Автор: Ларионов, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ

§1.1 MBGUN - специальный 3D код для численного моделирования

релятивистких многоструйных электронных пушек

§ 1.1.1 Алгоритмы расчета электрических и магнитных полей..

§ 1.1.2 Моделирование интенсивного многоструйного пучка

§ 1.1.3 Тесты и примеры расчета

§ 1.2 Расчет аксиально-симметричных электронно-оптических

систем

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МОЩНОЙ РЕЛЯТИВИСТКОЙ МНОГОСТРУЙНОЙ ПУШКИ ДЛЯ КЛИСТРОНА ВЛЭПП

§2.1 Структура многоструйного потока
§ 2.2 Формирование многоструйного пучка. Оптимальный ток
§ 2.3 Эффекты перераспределения напряжения по ускорительной
трубке
§ 2.4 Результаты экспериментального исследования и обсуждения..
ГЛАВА 3. РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
МОЩНЫХ PPM КЛИСТРОНОВ С ДИОДНЫМИ ПУШКАМИ
§3.1 Диодная пушка с повышеной сходимостью пучка для мощного
X-band PPM клистрона
§3.1 .1 Формирование пучка в ускорительной трубке
§3.1 .2 Реверсные разборные линзы
§3.1 .3 Экспериментальное исследование

§3.2 Оптика ТовЫЬа РРМ клистрона
§3.2.1 Перестраиваемый пучок
§3.2.2 Гибридные линзы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Линейные электрон-позитронные коллайдеры в настоящее время являются одним из основных направлений развития физики высоких энергий в мире. Их идея, впервые сформулированная в Российском проекте ВЛЭПП (Встречные Линейные Электрон - Позитронные Пучки), стимулировала появление и развитие таких хорошо известных сейчас проектов, как: NLC (SLAC ,США), JLC ( КЕК, Япония) , CLIC (CERN), TESLA (Германия). Все эти проекты предусматривают создание линейных ускорителей с темпом ускорения ~ 50-150 МэВ/м и полной энергией ~ 0.5-1 ТэВ, “стреляющих” навстречу друг другу сгустками электронов и позитронов.
Ускорители, рассматриваемые в проектах NLC, JLC, ВЛЭПП, представляют собой “классическую” СВЧ структуру Х-диапазона с нормальной проводимостью, работающую в импульсном режиме. Центральной проблемой в таком подходе является проблема мощного СВЧ источника, используемого для питания ускоряющих структур. Для обеспечения требуемого высокого темпа ускорения такие источники должны иметь импульсную выходную мощность не менее 50-100 МВт в течение времени ~1 мксек при частоте повторений -100 Гц. При этом общее число таких приборов на ускорителе должно составлять несколько тысяч [1-4].
В настоящее время в качестве основного типа СВЧ источника для линейного коллайдера рассматриваются мощные импульсные клистроны с PPM фокусировкой. ( PPM - Periodical Permanent Magnet, русское название МПФС - Магнитная Периодическая Фокусирующая Система) Разработка этих приборов осуществляется в рамках зарубежных проектов NLC, JLC, а также в филиале ИЯФ (г. Протвино) по Российской Программе Физики Высоких Энергий.

стартовые параметры микролучей задаются постоянными и остаются неизменными в процессе всего расчета. В режиме декомпозиции они представляются в виде функций от электрического поля на стартовой поверхности в центре микролуча3:
£ = £>(£) , I = 1(Е) , а = а(Е) (4)
В процессе расчета (на каждой итерации) осуществляется постоянная “подстройка” решения согласно этим зависимостям. Стартовые параметры микролуча как функции поля находятся из двумерных расчетов отдельной микропушки. Причем для получения более точных данных вычисления проводятся в два этапа. На первом этапе решается обычная пушечная задача (рис. 4 а)). На управляющей сетке задается потенциал ис, а замыкание расчетной области осуществляется введением плоского электрода с потенциалом Ц^Цс на расстоянии равном двум трем диаметрам отверстия сетки. Затем, на втором этапе, пучок с найденными параметрами на плоском электроде “пускается” в обратную сторону, но уже в другой геометрии, моделирующей поверхность старта (рис. 4 Ь)). По найденным таким образом нескольким отдельным точкам (при варьировании Це) и строятся путем интерполяции искомые функции (рис.5). Таким образом, использование режима декомпозиции позволяет построить полностью самосогласованное решение для многоструйной пушки.
Если функции (4) уже известны для некоторого значения потенциала сетки ис=ио
О = О0(Е) , I =Т0(Е) , а = а0(Е)
3 Здесь Б- диаметр микролуча, I- его ток, а- угол сходимости