Моделирование захвата и вывода электронного пучка бетатрона с азимутальной вариацией поля

• Автор: Иванилова, Татьяна Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава I. Теоретическое описание процесса захвата и вывода электронов в бетатроне с азимутальной вариацией поля

1.1. Теоретическое распределение магнитного поля с азимутальной вариацией

1.2. Уравнения движения электрона в электромагнитном поле бетатрона.

1.3. Определение времени задержки импульса инжекции

1.4. Электретный механизм захвата электронов в ускорение

1.5. Распределение магнитного поля бетатрона с учетом

дополнительного импульсного поля

Выводы

Глава II. Моделирование процесса инжекции и захвата электронов в

ускорение в бетатроне с азимутальной вариацией поля
2.1. Упрощенная инжекция электронов
2.2. Моделирование процесса захвата электронов в ускорение с учетом электретного механизма
2.2.1. Модель инжекции и захвата электронов в ускорение
2.2.2: Результаты моделирования и их обсуждение
2.3. Исследование влияния импульсного поля контрактора на процесс захвата электронов в ускорение в бетатроне с азимутальной вариацией поля
2.3.1. Кольцеобразные контракторы
2.3.2. Секторные обмотки контрактора
2.3.3. Параметры инжектированных частиц, захваченных в ускорение
2.4. Влияние задержки импульса инжекции на захват частиц в ускорение

2.5. Исследование влияния положения гребней полюсов на захват
электронов в ускорение
Выводы
Глава III. Моделирование процесса вывода электронного пучка из бетатрона с азимутальной вариацией поля
3.1. Определение границы освобождения электронов из-под действия фокусирующих сил поля
3.2. Моделирование вывода электронов
3.3. Динамика частиц в начале процесса вывода
3.4. Параметры выведенного электронного пучка
3.4.1 Распределение частиц по углам вылета
3.4.2. Фазовые диаграммы
3.4.3. Временные характеристики выведенного электронного пучка
3.5. Влияние положения обмотки вывода на эффективность проводки электронного пучка в выводное окно
3.6. Влияние положения гребней полюсов бетатрона на эффективность
вывода электронного пучка
Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Бетатроны в настоящее время пользуются большим спросом на мировом рынке. В НИИ Интроскопии при ТПУ налажен серийный выпуск, бетатронов, в том числе и< бетатронов с радиально-гребневыми полюсами [1, 2]. Повышенный интерес к этому типу ускорителей обусловлен тем, что они представляют собой надежный; малогабаритный и сравнительно дешевый источник электронного п тормозного излучения. Кроме того, бетатроны' очень просты в эксплуатации, что также способствует широкому применению индукционного ускорителя на практике.
Тормозное излучение и выведенные электронные пучки бетатронов давно и успешно применяются в медицине для лечения онкологических заболеваний [1-7]. Тормозное излучение также используется в.дефектоскопии [2] и для ряда других практических целей, например, - таможенного контроля груза [1]. Одним из перспективных направлений, на сегодняшний день, является использование бетатрона для генерации монохроматического рентгеновского излучения с регулируемой длиной волны [8, 9]. Единственное, что тормозит такое применение ускорителя - недостаточная величина ускоряемого в камере заряда. Необходимо заметить, что эта проблема актуальна с момента создания бетатрона.
После запуска Керстом в 1940 году первого бетатрона, индукционные ускорители совершенствовались в основном для увеличения энергии ускоренных электронов [10-15]. Позже большая часть разработок и усовершенствований были направлены на уменьшение габаритов бетатрона [ 16, 17] и па увеличение интенсивности излучения, генерируемого ускорителем. Повышения величины ускоряемого заряда добивались разными путями [18-37]. Среди наиболее удачных можно выделить: модификации конструкций полюсов электромагнита ускорителя [21-27] и улучшение условий захвата инжектиро-
емных зарядов [45], что приводит к нарушению электронейтральности стенки камеры, т. е. она не только поляризуется, но и заряжается. Причем такое электретное состояние (оно зависит от условий хранения: температуры, влажности, давления воздуха; условий облучения, и др.) может сохраняться длительное время, вплоть до нескольких лет [70]. В результате, заряженная диэлектрическая оболочка камеры оказывается в метастабильном состоянии [45].
Электрические поля, создаваемые в диэлектрике объемными зарядами, могу г привести к развитию разряда [72] между областью расположения заряда и поверхностью диэлектрика [73], примыкающего к проводящему покрытию оболочки камеры [45]. Разряд обусловлен процессом освобождения заряда из поверхностных ловушек. Для преодоления электронами потенциального барьера требуется определенная флуктуация энергии теплового движения [69].
Электроны, инжектированные в камеру и выпавшие на стенку, проходя через диэлектрическую оболочку, теряют свою кинетическую энергию на ионизацию и возбуждение атомов, молекул среды. Вдоль траекторий частиц образуются ионизационные следы со свободными носителями тока (дырки и электроны), что, в результате, приводит к увеличению электропроводности стенок камеры [45].
При достижении определенной критической плотности накопленного объемного заряда и величины поля в диэлектрике начинаются разрядные явления [69-75]. Для стекла эти величины составляют 6 мА/см2 и 20-30 кВ/мм, соответственно [51].
Внутренняя поверхность оболочки камеры не идеально гладкая, следовательно, проводящий слой, примыкающий к стенке камеры, также неоднороден по толщине и имеет на своей поверхности впадины и микронеровно-