Исследование ускоряющих структур линейных ускорителей электронов для целей инспекции

• Автор: Куцаев, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 164 с. : ил.

Оглавление

Глава 1. Комплексы для инспекции грузов на основе линейных

резонансных ускорителей электронов

1.1 Состояние проблемы и требования, предъявляемые к комплексам

1.2 Принцип работы инспекционного комплекса

1.3 Схемы реализации существующих комплексов

1.4 Описание инспекционного комплекса “All Secure”

1.5 Выводы

Глава 2. Ускоряющая структура со стоячей волной для инспекционного комплекса

2.1 Методика расчетов параметров ускорителей на основе бипериодической структуры

2.2 Ускоряющая структура S-частотного диапазона

2.3 Ускоряющая структура С-частотного диапазона
2.4 Выводы
Глава 3. Программа Hellweg2D для расчета динамики электронов в ускорителях, работающих в режиме бегущей волны
3.1 Описание работы программы
3.1.1 Структура программы
3.1.2 Математическая модель физических процессов
3.1.3 Тестирование программы
3.2 Ускоряющая структура С-частотного диапазона
3.3 Выводы
Глава 4. Комбинированный линейный ускоритель электронов
4.1 Круглый диафрагмированный волновод с магнитной связью между ячейками

4.1.1 Оптимизация ячеек КДВ-М
4.1.2 Волны высших типов в ячейках КДВ-М
4.1.3 Мультипакторный разряд в ячейках КДВ-М
4.1.4 Измерение параметров ячеек КДВ-М
4.2 Гибридная ускоряющая структура С-частотного диапазона
4.2.1 Группирователь
4.2.2 Ускоряющая секция на основе КДВ
4.2.3 Ускоряющая секция на основе КДВ-М
4.2.4 Устройство ввода мощности
4.3 Выводы
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Наряду с увеличивающимся количеством крупных ускоряющих установок наблюдается подъем в развитии линейных ускорителей электронов (ЛУЭ) на небольшие энергии. Особенно востребованы ускорители на энергию до 10 МэВ. При этих значениях энергии частиц не происходит явления наведенной радиоактивности для большинства металлов [1]. В особых случаях возможно применение ускорителей с энергиями до 20 МэВ. Повышенный интерес обусловлен расширением области применения ЛУЭ. Высокая эффективность данных устройств вместе с простотой и дешевизной их изготовления позволяет успешно использовать такие ускорители во многих технологических процессах. В выключенном состоянии ускорители этого типа совершенно безопасны в радиационном отношении, что позволяет осуществлять их оперативное техническое обслуживание. Установки могут эксплуатироваться без строительства специальных помещений с радиационной защитой, оказывается достаточно и местной защиты ускоряющей структуры (УС).
ЛУЭ в настоящее время особенно широко используются в медицине, в промышленности и для других радиационных целей (сохранение продуктов питания, стерилизация токсичных отходов и т.д.). Число действующих установок по всему миру достигает нескольких тысяч, причем на ЛУЭ приходится около 60% [2,3]. Основные области технологического
применения ЛУЭ могут быть разделены на следующие: обработка
материалов, синтез и полимеризация композиционных материалов, интроскопия и томография изделий машиностроения.
Интерес к использованию ЛУЭ для прикладных целей можно объяснить не только их высокой эффективностью, но и простотой ввода и вывода ускоряемых частиц, что позволяет получать строго направленные пучки быстрых электронов и тормозного излучения; простотой регулировки энергии и мощности дозы; высокой мощностью дозы тормозного излучения

Прирост энергии (в вольтах) определяется следующей формулой [39]:
2^ ^огш.эффЛ
и 'Чи.Эфф.^^Г
1 + ^0 1 + ^
Здесь Хо ~ начальный коэффициент связи резонатора с ВЧ-трактом при отсутствии нагрузки током. Следует обращать внимание, чтобы коэффициент связи структуры с подводящим мощность волноводом не должен превышать значений не более 3-4, чтобы не было опасности пробоя в ВЧ тракте в момент ввода ВЧ мощности
Если коэффициент связи достигает оптимального значения Хопт, которое соответствует структуре с критической связью, выражение (2.1) примет вид:

л/Чп.эфф.^'^г

Чц.эфф.^

г 2 у,

О 1 ш.эфф^

(2.2)
Хопт определяется уравнением

Еп.эфф.^'

/о Чи.эфф.-^

(2.3)
В процессе таких расчетов определяется усредненная величина продольной составляющей напряженности электрического поля Е, которая на следующем этапе должна быть реализована соответствующим выбором геометрических размеров ускоряющей ячейки и ячейки связи. При выборе геометрии структуры следует учитывать и ряд других факторов, в том числе стабильность структуры к изменению частоты питающего генератора, температуры окружающей среды, а также к допускам на размеры структуры. Повысить стабильность распределения поля на оси структуры к допускам на ее размеры можно увеличением коэффициента связи между ускоряющими ячейками и ячейками связи. Однако значительное увеличение этого