Ускорение и фокусировка интенсивных ионных пучков в высокочастотных структурах с использованием ондуляторов

• Автор: Полозов, Сергей Маркович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 171 с. : ил

Содержание
Введение 1. Анализ трехмерной динамики ионного пучка в периодическом резонаторе в гладком приближении
1.1. Высокочастотные поля в периодической ускоряющей структуре
1.2. Вывод уравнения движения в гладком приближении для ЛОУ с высокочастотным ондулятором
1.3. Уравнение движения в гладком приближении для ЛОУ с электростатическим ондулятором
# 1.4. Выбор возможных вариантов ускоряющих структур для
различных типов ЛОУ с ленточными пучками
2. Фазовое и поперечное движение частиц в высокочастотном линейном ондуляторном ускорителе
2.1. Фазовое движение. Границы применимости гладкого приближения
2.2. Поперечное движение в высокочастотном ЛОУ
2.3. Связь продольного и поперечного движения. Аксептанс канала ЛОУ.
3. Фазовое и поперечное движение частиц в линейном ондуляторном ускорителе с электростатическим ондулятором
3.1. Фазовое движение в ЛОУ с электростатическим ондулятором
3.2. Поперечное движение в ЛОУ с электростатическим ондулятором
3.3. Связь продольного и поперечного движения. Аксептанс канала ЛОУ с электростатическим ондулятором.
3.4. Влияние высших гармоник полей на динамику в ЛОУ

112 112 125 144 148 148 152 155 161

4. Численное моделирование динамики в ЛОУ
4.1. Построение численной модели
ф 4.2. Результаты численного моделирования динамики в ЛОУ
4.3. Выбор параметров группирователя ЛОУ
5. Ускоряющая система ЛОУ
5.1. Форма электродов ЛОУ
5.2. Гармонический состав полей в ЛОУ
5.3. Резонаторы для различных типов ЛОУ Заключение
Литература
Введение
Одной из важнейших задач современной ускорительной физики является создание линейных ускорителей ионов на малые и средние энергии с повышенной интенсивностью пучков. Такие ускорители необходимы как для научных исследований, так и для применения в промышленности и энергетике. Они могут использоваться для ионной имплантации в производстве полупроводников, в интенсивных нейтронных генераторах, установках для производства ядерного горючего, системах трансмутации ядерных отходов [1-2], подкритических ядерных реакторах [3-4], в системах нейтральной инжекции термоядерных реакторов и некоторых других областях. Например, система нейтральной инжекции (СНИ) термоядерного реактора ITER, разрабатываемого при участии России, Европейского Союза, США и Японии, должна генерировать пучки нейтральных атомов дейтерия с суммарной мощностью около 75 МВт. При этом энергия пучка атомов дейтерия должна составлять 1,5-2 МэВ [5-8]. При разработке и создании сильноточных линейных ионных ускорителей следует учитывать, что для практического применения необходимы ускорители с малыми габаритами и хорошим качеством пучка.
Наибольшую сложность представляет разработка ускорителя -группирователя, предназначенного для формирования и ускорения (в диапазоне энергий от 50-150 кэВ до 1-3 МэВ) получаемого из инжектора пучка с током в несколько десятков или сотен миллиампер при коэффициенте токопрохождения 90 % и выше. При ускорении пучков высокой интенсивности велико влияние собственного поля объемного заряда пучка, особенно при небольших энергиях, и основная трудность состоит в обеспечении эффективной поперечной фокусировки.
2. Фазовое и поперечное движение частиц в высокочастотном линейном ондуляторном ускорителе

2.1. Фазовое движение. Границы применимости гладкого приближения
Исследование динамики ионного пучка в ЛОУ можно проводить как аналитически с использованием гладкого приближения, так и обычными методами численного моделирования. В работах [43, 47] была подробно изучена динамика ионного пучка в гладком приближении. В главе 1 было получено уравнение движения ионного пучка в ЛОУ в форме уравнения Гамильтона. При этом эффективная потенциальная функция простым образом выражается через амплитуды несинхронных гармоник ВЧ поля. Для детального исследования и анализа особенностей динамики пучка в ЛОУ в полигармоническом поле ондулятора необходимо найти параметры ускорителя, при которых можно использовать гладкое приближение, т.е. необходимо сформулировать достаточные условия применимости гладкого приближения. Важно также изучить влияние быстрых осцилляций # координат и скоростей частиц на расчет выходных характеристик
ускоренного пучка в полигармоническом ВЧ поле.
Вначале рассмотрим простейший случай, когда в системе присутствуют только две пространственные гармоники ВЧ поля. В поле резонатора с видом колебаний р=0 волновые числа основной и первой гармоник ВЧ поля и комбинационной волны равны, соответственно:
/г0 = 0, й,=2я/Д К =п/Э. (2.1).