Создание импульсного разрезного микротрона на энергию электронов 70 МЭВ

• Автор: Ермаков, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Содержание.
Введение
Глава 1. Разрезные микротроны импульсного действия на энергию электронов 50- 100 МэВ.
1.1. Обзор схем импульсных разрезных микротронов.
1.2. Обзор импульсных разрезных микротронов на энергию 50 - 100 МэВ.
1.3. Особенности импульсного разрезного микротрона на энергию электронов 70 МэВ.
Глава 2. Численное моделирование динамики пучка импульсного разрезного микротрона.
2.1. Параметры разрезного микротрона.
2.2. Система инжекции и ускорения импульсного разрезного микротрона.
2.3. Фазовое движение в разрезном микротроне.
2.4. Устройство сдвига фазы пучка на 1-ой орбите.
2.4.1. Динамика пучка в фазовращателе.
2.4.2. Фазовое движение в разрезном микротроне с фазовращателем пучка на 1-ой орбите.
2.5. Поперечное движение частиц в разрезном микротроне.
Глава 3. Основные элементы импульсного разрезного микротрона на энергию электронов 70 МэВ.
3.1. Экспериментальное исследование системы инжекции и ускорения пучка разрезного микротрона.
3.1.1. Электронная пушка и группирователь.
3.1.2. Фокусирующие линзы на постоянных магнитах и а-магнит.
3.1.3. Ускоряющая структура.
3.1.4. СВЧ - система.
3.1.5. Система диагностики пучка.
3.1.6. Определение коэффициента захвата.
3.1.7. Измерение энергетического спектра пучка.
3.1.8. Измерение эмиттанса пучка.
3.2. Поворотные магниты.
3.3. Квадрупольные триплеты на постоянных магнитах.
Глава 4. Сборка и запуск импульсного разрезного микротрона.
4.1. Вакуумная система и конструкция разрезного микротрона.
4.2. Высоковольтное питание клистрона и электронной пушки.
4.3. Методика оптимизации пучка на орбитах разрезного микротрона и основные результаты запуска ускорителя.
Заключение
Список литературы
Введение
Настоящая работа основана на результатах полученных при разработке, создании и запуске импульсного разрезного микротрона на энергию электронов 70 МэВ [1 — 3]. Целью данного проекта было создание компактного ускорителя электронов для системы идентификации короткоживущих изотопов с периодом полураспада Ти2 ~20 мсек. Для этого необходим пучок электронов для получения фотонов тормозного излучения в достаточном количестве и с энергией, позволяющей определить, например, концентрацию изотопов ЬС, 1ФЫ и 160, входящих в состав наркотических и взрывчатых веществ. Так энергия электронов для идентификации изотопа 13С составляет около 30 МэВ, |4Ы - 50 МэВ, 160 - 70 МэВ. Классические ускорители электронов такие, как синхротрон и бетатрон, не подходят для решения данной задачи, так как средний ток пучка на выходе этих ускорителей при коэффициенте заполнения в несколько процентов очень мал. Использование линейного ускорителя также затруднено из-за невозможности достижения требуемой энергии без значительного увеличения габаритных размеров. Для того чтобы получить импульсы электронного пучка, имеющие длительность несколько микросекунд, с током в несколько десятков миллиампер в импульсе и периодом повторения несколько десятков герц с энергией 70 МэВ при использовании обычных ускоряющих структур с градиентом 15 МэВ/м длина ускорителя будет 5 м при подводимой мощности СВЧ более чем 14 МВт. Уменьшение длины линейного ускорителя ведет к увеличению потребления СВЧ мощности и уменьшению

На рисунке 2.3 приведены распределение поля и траектории частиц при напряжениях и, = 11 кВ и и2 = 45 кВ на промежуточном и основном анодах,
соответственно.
Ъ. мм
Рис. 2.3. Геометрия электронной пушки, траектории частиц и конфигурация электрического поля.
На основе данных о траекториях частиц в электронной пушке, которые были получены с помощью программы Е-СЦИ, был смоделирован начальный ансамбль из 10000 частиц на входе в группирователь. Для этого была использована программа РАКМЕЬА [15].
Следующий этап моделирования системы инжекции заключался в оптимизации группирователя. Оптимальное напряжение на зазоре группирователя, обеспечивающее максимальное продольное сжатие пучка в центре первой ячейки ПБУС, составило и = 2.9 • 103 В.