Исследование процессов в драйвере двухпучкового ускорителя с сопровождающей волной и в группирователях сильноточных электронных пучков

• Автор: Елжов, Артем Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 111 с. : ил.

» СОДЕРЖАНИЕ
Глава I. Теоретическое исследование драйвера двухпучкового ускорителя с сопровождающей электромагнитной волной
1.1. Моделирование ускорения и транспортировки электронных сгустков, сопровождаемых электромагнитной волной во внешнем электрическом поле
1.1.1. Модель
1.1.2. Импеданс связи пучка с волной
1.1.3. Выбор начальных условий для моделирования драйвера. Влияние нагрузки волновода электронным пучком
1.1.4. Моделирование ускорения и поддержания размеров электронных сгустков, сопровождаемых электромагнитной волной во внешнем электрическом поле
1.2. Влияние фазовых возмущений при выводе мощности
1.3. Случайные фазовые возмущения и допуски на разброс амплитуды и фазы в драйвере
1.4. Выводы к главе
Глава II. Исследование группирователей электронного пучка. Группировка пучка и усиление волны в ЛБВ и ЛСЭ миллиметрового диапазона
2.1. Моделирование формирования и транспортировки электронных сгустков в лампе • бегущей волны
2.1.1. Модель
2.1.2. Моделирование группирователя электронного пучка
2.1.3. Моделирование транспортировки сгруппированного пучка в ЛБВ
2.2. Лазер на свободных электронах. Режимы и модели
2.2.1. Общая характеристика ЛСЭ
2.2.2. Постановка самосогласованной задачи, общие уравнения
2.2.3. ЛСЭ-усилитель без продольного магнитного поля
2.2.4. ЛСЭ-усилитель с продольным магнитным полем
2.2.5. Влияние пространственного заряда. Рамановский режим
Ф 2.2.6. Учёт влияния СВЧ-волны и пространственного заряда на траектории частиц
2.3. Эксперименты с ЛСЭ-усилителями и результаты моделирования

ф 2.3.1. МСЭ-усилитель с продольным магнитным полем в МГГ
2.3.2. МСЭ-усилитель без продольного магнитного поля в лаборатории CESTA
2.3.3. МСЭ-усилитель с продольным магнитным полем в ОИЯИ
2.4. Выводы к главе
Глава III. Группирователи электронного пучка на ускорителе ЛИУ-3000
3.1. Линейный индукционный ускоритель электронов ЛИУ-3000
3.2. ЛБВ-группирователь на ускорителе ЛИУ-3000 на энергию 800 кэВ
3.2.1. Моделирование разных геометрий периодической структуры. Допуски
3.2.2. Расчёт экспериментальной структуры
• 3.2.3. Моделирование ЛБВ-усилителя и транспортировки пучка
3.3. Моделирование доускорения пучка и вывода мощности для условий ЛИУ-3000
3.4. ЛБВ-группирователь на ускорителе ЛИУ-3000 на энергию 600 кэВ
3.4.1. Экспериментальная установка
3.4.2. Расчёт СВЧ-мощпости и группировки пучка
3.4.3. Измерение СВЧ-мощности и группировки пучка
3.5. Выводы к главе
Заключение
Литература

Все крупнейшие ускорительные проекты, разрабатываемые в мире в настоящее время, представляют собой коллайдеры (ускорители на встречных пучках), в которых, по сравнению с ускорителями с неподвижной мишенью, можно достичь больших энергий взаимодействия в системе центра масс.
Для проверки современных теоретических представлений в физике элементарных частиц (теория великого объединения, суперсимметрии), а также обнаружения новых частиц, ответственных за новые типы взаимодействий, требуется выйти на уровень единиц - десятков ТэВ по энергии сталкивающихся частиц и ~ 1033—1034 см~2-с~’ по светимости.
На 2007 г. намечен пуск Большого адронного коллайдера - LHC, сооружаемого в Европейском центре ядерных исследований - ЦЕРН. Сталкивающиеся частицы -протоны с энергией 7 ТэВ, протяжённость кольца 27 км. Будут исследованы столкновения при рекордных энергиях, никогда не достигнутых прежде. Это даст возможность исследователям проникнуть ещё глубже в структуру материи • и воспроизвести картину мира ранней Вселенной непосредственно после "большого взрыва".
Международным физическим сообществом на сегодня принято, что следующим после LHC ускорительным проектом на сверхвысокие энергии должен стать сверхпроводящий линейный электрон-позитронный коллайдер ILC (International Linear Collider) на энергию 0.5-1 ТэВ. Предполагается использовать технологию сверхпроводящих резонаторов, разработанную в рамках проекта TESLA [1, 2]. Поскольку в результате столкновения электронов и позитронов образуется энергия, из которой могут возникать новые частицы, результаты взаимодействия проще интерпретировать, и свойства новых частиц могут быть определены с высокой точностью. Выбор концепции линейного коллайдера обусловлен тем, что в кольцевых ускорителях при тэвных энергиях частиц потери на синхротронное излучение возрастают настолько, что циклическое ускорение электронов не представляется практически осуществимым. Этот проект стал бы идеальным дополнением к LHC по охватываемому спектру исследований по физике частиц и позволил бы изучить другие аспекты тех же проблем.
Одним из наиболее вероятных кандидатов на реализацию в дальнейшей перспективе (после ILC) можно считать проект CLIC (Compact Linear Collider) [3, 4],
• Длина, см
Рис. 2.1. Зависимость СВЧ-мощности в ЛБВ от длины взаимодействия с пучком.
Длина группировки электронного пучка с энергией 2.2 МэВ (и соответственно выхода усиленной волны на насыщение) оказывается в ~ 1.5 раза меньше в ЛБВ по сравнению с ЛСЭ (см. рис. 2.8). Это связано с тем, что пространственный коэффициент усиления в ЛБВ (коэффициент связи пучка с волной) много выше, чем в ЛСЭ. Разброс по энергиям в сгруппированных в ЛБВ сгустках больше, чем в ЛСЭ. Из рис. 2.1 можно также видеть, что длина группировки в ЛБВ существенно сокращается при уменьшении начальной энергии пучка.
* Распределение электронов в фазовом пространстве {у, у/} для максимального значения параметра группировки В = 0.61 (перед насыщением волны в ЛБВ) показано на рис. 2.2.