Особенности продольной динамики частиц в сверхпроводящих линейных ускорителях

• Автор: Богданов, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

I. Сепаратрисный формализм для сверхпроводящих линейных ускорителей

1.1 Отличительные особенности сверхпроводящих резонаторов, определяющие специфику динамики пучка

1.2 Ускоряющая структура с плавно изменяющейся геометрией

1.3 Ускоряющая структура со ступенчатым изменением фазовой скорости

1.3.1 Механизм ускорения квазисинхронной частицы

1.3.2 Формирование эффективной области устойчивости около

квазисинхронной частицы

1.4 Ускоряющая структура со ступенчатым изменением ВЧ-фазы

1.4.1 Механизм ускорения квазисинхронной частицы

1.4.2 Формирование эффективной области устойчивости

Выводы
II. Структурные резонансы продольного движения
11.1 Параметризация продольного движения в линейном ускорителе с
дрейфовыми промежутками
11.2 Общий случай нелинейного резонансного возбуждения
11.2.1 Получение резонансного Гамильтониана
11.2.2 Изолированные особые точки
11.3 Нелинейный резонанс второго порядка
И.3.1 Нахождение особых точек
11.3.2 Пересечение резонанса как прямая и обратная бифуркация
11.4 Нелинейный резонанс третьего порядка
11.5 Численное моделирование резонансных явлений в линейном
ускорителе-инжекторе COSY
11.6 Методы компенсации влияния параметрического резонанса
Выводы

III. Особенности настройки и построения сверхпроводящей ускоряющей структуры
III. 1 Модернизированная процедура настройки сверхпроводящего линейного ускорителя
111.1.1 ДГ-процедура для настройки нормальнопроводящих линейных ускорителей
III. 1.2 Основные отличительные особенности ДГ-процедуры для настройки сверхпроводящих линейных ускорителей
III.1.3 Фазирование сверхпроводящих резонаторов “по пучку” как первый этап настройки
III. 1.4 Коррекция эквивалентной фазовой скорости как второй этап настройки
III. 1.5 Традиционная процедура настройки как завершающий этап
Выводы
ІІІ.2 Оптимизация геометрии сверхпроводящего линейного ускорителя
111.2.1 Аспекты, влияющие на построение геомерии
111.2.2 Построение геометрии для ускорения одного типа частиц
111.2.3 Построение геометрии для ускорения частиц с разным отношением заряда к массе
Выводы
Заключение
Литература.

Современный этап развития физики и техники ускорителей заряженных частиц определяется широким использованием сверхпроводниковых технологий. Большинство проектов будущих ускорителей и планы развития существующих основываются па применении сверхпроводящих резонаторах. Необычайно широк круг задач, решаемых с помошыо сверхпроводящих ускорителей. В области физики высоких энергий Большой Адронный Коллайдер LHC (ЦЕРН) на 14 ТэВ (в системе центра масс), как ожидается, позволит экспериментально проверить положения Стандартной модели, а именно, ответить на вопросы о существовании Хиггс-бозона, разрешить проблему дисбаланса материи-антиматерии, проверить идею о суперсимметрии. Ускорение протонов и ионов в LHC планируется осуществлять с помощью однозазорных сверхпроводящих резонаторов [1]. Сверхпроводящий линейный элсктрон-позитронный коллайдер TESLA [2] с энергией 500 ГэВ призван в значительной степени дополнить исследования, проводимые на LHC. Эта установка прольет свет на вопрос о происхождении массы элементарных частиц, позволит провести более детальные исследования свойств новых частиц, в том числе Хиггс-бозона, предоставит возможность выйти за пределы Стандартной модели и более точно проверить теорию суперсимметрии, объединяющей все четыре взаимодействия. Уникальные возможности для ядерной физики несет в себе удвоение конечной энергии сверхпроводящего рецикулярного линейного ускорителя (CEBAF) до 12 ГэВ [3], что позволит значительно продвинуться в понимании природы сильного взаимодействия и явления конфайнмента кварков.
Повышенный интерес к исследованиям нейтрино стимулирует разработку проектов нейтринной фабрики [4,5]. Пучки нейтрино получаются при распадах мюонов, ускоренных до энергий 20-50 ГэВ. Поэтому нейтринные фабрики

где Те - коэффициент пролетного времени ускоряющего зазора, д
независимая переменная, учитывающая пространственную периодичность системы, V = — частота и Г - безразмерный период возмущения Т =

module Б О (N+1)-^ тсхіиіе
ІЕРис. 2: Электрическое поле в системе „модуль+дрейф’'
Линейный анализ движения, описываемого системой (27). проводится при условии у/ = ф — ф3 «1. Оставляя только первую гармонику в разложении амплитуды ускоряющей волны (28), запишем систему (27) в виде уравнения второго порядка:

у + Оц соеф8 ■ (1 + е, соеуд)у/ = 0,
, еЕйТ А. I , В1
где Па = %г——тоа а-яг. ./()(т ) _ частота продольных колебаний и
2тп0с2/3 ЬТ
лЬ,
тос!
е, = 2 •
лЬ.
амплитуда первой гармоники возмущения. В дальнейшем для
шос!