Расчет электродинамических характеристик и оптических свойств ускоряющих структур в широком диапазоне длин волн

• Автор: Ветров, Андрей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

1 Обзор ускоряющих структур, разработанных в НИИЯФ

1.1 Технологический ускоритель электронов на энергию

1.2 Двухсторонний разрезной микротрон непрерывного

действия на энергию 1.5 ГэВ

1.3 Компактный разрезной микротрон на энергию 35 МэВ

1.4 Лазерный микроускоритель

1.5 Разрезной микротрон на энергию 70 МэВ

2 Трехмерный расчет ускоряющих структур с

внутренними ячейками связи

2.1 Принцип работы временного и частотного модулей MAFIA
2.2 Оптимизация геометрии регулярной части
2.3 Оптимизация геометрии нерегулярной части
2.4 Оптимизация геометрии концевой ячейки
2.5 Расчет узла ввода мощности
3 Трехмерные расчеты динамики пучка в ускоряющих
структурах
3.1 Динамика пучка в СВЧ пушке
3.2 Динамика пучка в нерегулярной части мощного
технологического ускорителя

4 Высокочастотная квадрупольная фокусировка пучка в ускоряющих структурах
4.1 Расчет оптики пучка в протяженной периодической
ускоряющей структуре с использованием высокочастотной
квадрупольной фокусировки
4.1.1 Расчет фокусирующих свойств отдельного ускоряющего зазора
4.1.2 Оптика пучка в периодической структуре
4.2 Расчет высокочастотной квадрупольной фокусировки
пучка в ускоряюще-фокусирующей призматической бипериодической УС
5 Паразитные эффекты в ускоряющих структурах
5.1 Кильватерные поля и их влияние на ограничение заряда
сгустка
5.1.1 Введение в концепцию кильватерных потенциалов
5.1.2 Продольные кильватерные поля
5.1.3 Поперечные кильватерные поля
5.2 Возникновение вторично-электронного резонансного
разряда
5.2.1 Загрузка геометрии и электромагнитных полей из МАНА
5.2.2 Трехмерное моделирование движения электрона в электромагнитном поле
5.2.3 Анализ возможности возникновения ВЭРР
Заключение
Список литературы

Ускорители электронов находят все более широкое применение в фундаментальных и прикладных научных исследованиях, в медицине, промышленности и экологии. В зависимости от области применения имеют место следующие тенденции развития электронных ускорителей: увеличение ускоряющего градиента, увеличение заряда сгустков, снижение эффектов паразитных полей, уменьшение продольного и поперечного эмиттанса, увеличение коэффициента заполнения рабочего цикла, увеличение эффективности ускорения, увеличение средней мощности пучка. Неотъемлемой составной частью большинства современных ускорительных установок являются высокочастотные ускоряющие структуры. Выбор параметров и оптимизация ускоряющих структур играет важную роль в реализации указанных выше тенденций, что и определяет актуальность темы настоящей диссертации.
В НИИЯФ МГУ совместно с другими организациями, начиная с 1999г,
ведутся работы по созданию ряда ускорителей электронов. В частности,
разработан проект технологического ускорителя электронов на энергию
МэВ и мощность пучка 50 кВт [1]. В основе ускорителя лежит
бипериодическая ускоряющая структура со стоячей волной, рассчитанная на
ускорение значительного импульсного тока пучка при низкой скважности
Институте ядерной физики Университета г. Майнц (Германия) производятся
работы по наладке и пуску двухстороннего разрезного микротрона
непрерывного действия на энергию 1.5 ГэВ и средний ток пучка 100 мкА [2].
Ускорение пучка обеспечивается бипериодической ускоряющей структурой с
внутренними ячейками связи, разработка и конструирование которой было
осуществлено в НИИЯФ МГУ. Создан ускоритель электронов с большой
яркостью пучка на энергию до 35 МэВ, реализованный по схеме разрезного
микротрона с инжектором на основе СВЧ пушки, ускоритель может работать
как в односгустковом, так и в многосгустковом режимах [3,4]. Разработан

Алгоритм модуля TS3 рассмотрен на следующей диаграмме (Рис. 3.1).
Рис. 3.1. Алгоритм ТБЗ-модуля Рассмотрим более подробно этапы этого алгоритма.
Алгоритм интегрирования полей во временной области полностью аналогичен алгоритму в модуле ТЗ и был рассмотрен в разделе 2.1. Рассмотрим алгоритм интегрирования движения частиц.
Уравнения движения макро-частиц являются теми же, что и для физических частиц:
8 “* "*■
— г = v 8t
д -* „ -»-»-> > (3.1)
— и =-M£+vxB)
8t тс
где г = (г„/->,гг) - координата макро частицы, v = (v^,v>,vj - ее скорость,
и = (их,иу,и2) = р/тс - нормализованный момент.
Для численного решения этой системы используется дискретная временная ось интегрирования полей, то есть производится интегрирование во временной области. В модуле TS3 применен “leap frog”- алгоритм,