Демпфирование собственных колебаний в ускоряющих резонаторах протонного синхротрона

• Автор: Кудрявцев, Виктор Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 134 с. : ил

Оглавление
Введение

1 Импедансы связи, пороги неустойчивостей и методы демпфирования высших мод. Обзор
1.1 Понятие импеданса связи
1.2 Пороги и методы подавления неустойчивостей пучка
1.3 Демпфирование высших мод в ускоряющих резонаторах . .
1.3.1 Широкополосные демпферы на основе линий с согласованными нагрузками
1.3.2 Резонансные демпферы
1.3.3 Высокочастотные поглотители в примыкающей вакуумной камере
1.3.4 Другие методы
2 Влияние ускоряющих резонаторов УНК и станции перегруппировки У-70 на устойчивость пучка
2.1 Краткая характеристика ускоряющей системы
2.2 Пороговые величины импедансов связи
2.2.1 Продольные неустойчивости
2.2.2 Поперечные неустойчивости
2.3 Импедансы связи ускоряющих резонаторов
2.3.1 Продольные импедансы
2.3.2 Поперечные импедансы
2.4 Заключение. Требования к системе демпфирования
3 Разработка и исследование системы демпфирования высших мод
3.1 Общие положения
3.2 Исследование параметров зондовой связи на основном виде колебаний
3.2.1 Электростатическое приближение
3.2.2 Электродинамический расчет
3.2.3 Радиотехнические измерения
3.2.4 Эмпирические формулы
3.3 Расчет параметров зондовой связи на высших модах
3.3.1 Электростатическое приближение
3.3.2 Метод реактивной нагрузки
3.3.3 Заключение
3.4 Техническое описание системы демпфирования
3.4.1 Режекторный демпфер
3.4.2 Радиальный демпфер
3.5 Экспериментальное исследование высших мод и системы демпфирования
3.5.1 Аксиально-симметричные .Е-моды
3.5.2 Аксиально-несимметричные 15-моды
4 Разработка и исследование демпфера основного колебания
4.1 Требования к демпферу станции перегруппировки У-
4.2 Обоснование схемы демпфирования
4.3 Техническое описание демпфера основного колебания
4.4 Исследование взаимодействия пучка У-70 с резонаторами, оборудованными демпферами основного колебания
5 Заключение
6 Список литературы

Введение
Повышение интенсивности ускоренных пучков — актуальная проблема физики и техники ускорителей заряженных частиц. Это постоянное требование не только экспериментов в области физики высоких энергий, но и при использовании ускорителей в прикладных целях.
Достижение высоких интенсивностей сопряжено со значительными трудностями. Так, одной из важных проблем является электромагнитное взаимодействие пучка с его внешним окружением — собственно вакуумной камерой с ее многочисленными неоднородностями (сильфоны. расширения, ступеньки) и присоединенным к камере физическим оборудованием (вакуумные боксы, измерительные датчики, установки для экспериментальных исследований).
Поля, возбуждаемые пучком в элементах камеры, могут вызывать продольные и поперечные неустойчивости пучка и, как следствие, — ухудшение его качества, снижение интенсивности или полную потерю.
Количество и разнообразие неоднородностей вакуумной камеры в современных ускорителях обычно столь велико, что результат взаимодействия пучка со всей камерой в целом достаточно сложен для анализа и заранее трудно предсказуем.
Иначе обстоит дело с такими элементами вакуумной камеры как резонаторы ускоряющей системы. Один из их собственных видов колебаний (как правило, низший) является рабочим и используется для ускорения пучка. Сопротивление связи резонатора с пучком на этом виде колебаний должно быть достаточно велико для обеспечения эффективного ускорения. Как следствие, и высшие типы колебаний (высшие моды) ускоряющих резонаторов могут иметь высокие добротности и заметные сопротивления связи с пучком. Это обусловливает их большую опасность с точки зрения обеспечения устойчивости пучка. В то же время, основные характеристики

где /3 и 7 - релятивистские факторы, Ео - энергия покоя протона, е -элементарный заряд, г) = а — 7-2, а - коэффициент расширения орбит, .]() - средний по орбите ток пучка, ±Др/рв - относительный разброс по импульсам в сгустке, Л - так называемый продольный формфактор пучка. Остальные обозначения введены в разделе 1.1.
Продольный формфактор зависит от вида функции распределения частиц сгустка по энергиям продольных колебаний. Следуя [3], [4], ограничимся функцией, составленной из двух сопряженных в центре распределения парабол. Тогда
обозначает относительный некогерентный разброс синхротронных частот в сгустке, По - частота малых синхротронных колебаний, В - фактор группировки пучка (отношение длительности сгустка к периоду ускоряющего поля), (р8 - синхронная фаза (| Фактор Л является огибающей формфакторов Ат отдельных мульти-польных колебаний сгустка (т — 1 - дипольных, т = 2 - квадрупольных и т.д.). Индекс т характеризует порядок симметрии распределения когерентного возмущения (избытка заряда на фоне равновесного) на продольной фазовой плоскости. В лабораторной системе продольные мультиполь-ные моды наблюдаются в виде сигнала на боковых частотах ш ~ ки>3--т0,о, причем в протонных синхротронах обычно По •С ад.
Огибающая квадратов функций Бесселя
Здесь

Шо 7Г В