Исследование ускоряющей структуры линейного ускорителя комплекса ВЛЭПП

• Автор: Брежнев, Олег Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 75 c. : ил

§ I. Темп ускорения в линейном ускорителе

§ 2. Факторы, ограничивающие темп ускорения

§ 3. Постановка задачи

§ 4. Краткое содержание диссертации

ГЛАВА I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ПРОЧНОСТИ ОДИНОЧНОГО РЕЗОНАТОРА

§ I. Стенд для измерения электрической прочности

одиночного резонатора

§ 2. Экспериментальный резонатор

§ 3. Измерения на малом уровне мощности

Гл '•
§ 4. Стенд для измерения распределения поля в
ускоряющей структуре
§ 5. Приготовление поверхности экспериментальных
образцов
§ 6. Измерение электрической прочности одиночного
резонатора
Глава II. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПА УСКОРЕНИЯ В СЕКЦИИ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ВЛЭПП
§ I. Экспериментальная установка и методика изучения электрической прочности секции линейного ускорителя ВЛЭПП
§ 2. Результаты измерений
Глава III. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СЕКЦИИ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ
И ВЛИЯНИЕ ИХ НА ТЕМП УСКОРЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ: ЭЛЕМЕНТЫ ВОЛНОВОДНОГО ТРАКТА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
ПРИ РАБОТЕ НА ВЫСОКОМ УРОВНЕ МОЩНОСТИ
1. Направленный ответвитель
2. Фазовращатель
3. Поглощающие нагрузки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТ ЕР АТ УРА

ВВЕДЕНИЕ § I. Темп ускорения в линейном ускорителе
Современные линейные ускорители с энергией свыше I ГэВ имеют темп ускорения 10 -г 15 МэВ/м [2-4]. Предельно возможный темп ускорения ограничивается электрической прочностью ускоряющей структуры. Напряженность электрического поля в резонаторе микротрона составляет 0,6 MB/см [ю] . Однако опыт показывает [12] , что после нескольких десятков часов непрерывной работы электрическая прочность резонатора начинает падать. На коротких ускоряющих структурах (длиной менее I метра) получен темп до 200 МВ/м [24,23] . Темп ускорения связан с напряженностью электрического поля на поверхности структуры. Предельное электрическое поле на поверхности является функцией многих переменных (частота, длительность импульса, материала, обработки и т.д.). Разнообразия перечисленных факторов определяет большой разброс в экспериментальных значениях предельных полей на поверхности ускоряющих структур.
§ 2. Факторы, огганичиваюпше темп ускорения
Основное ограничение темпа ускорения в линейных ускорителях это электрическая прочность ускоряющей структуры. Существующие источники СВЧ-мощности допускают компоновку и размещение вблизи ускоряющей структуры и выходная мощность этих устройств достаточна для обеспечения темпа ускорения существенно больше 10 МэВ/м. В качестве ускоряющей структуры обычно используют круглый волновод нагруженный дисками. Коэффициент перенапряжения таких структур доходит до 6 * 8 [2,4] . Поэтому поле на поверхности диафрагм 1,0 MB/см. Такие поля близки к предельным электрическим полям для медной поверхности в вакууме. Оставшие-

ся на поверхности ускоряющей структуры микронеровности и различные загрязнения приводят к локальному увеличению действующего в зазоре электрического поля и являются интенсивными источниками автоэмиссионных электронов. На ускорение автоэмиссионных электронов расходуется значительная мощность. Поскольку фаза вылета автоэмиссионных электронов не совпадает с синхронной фазой ускорения, то эти электроны искажают выходной энергетический спектр ускорителя и увеличивают радиационный фон.
К снижению электрической прочности, по-видимому, приводит и токооседание на диафрагмы ускоряющей структуры. Выбор рабочей частоты и вида колебаний оказывает влияние на электрическую прочность ускоряющей структуры. В более длинноволновом ,диапазо-

не ^ 10 Гц предельные электрические поля на поверхности составляют 0,25 МВ/см [б] . На основе общих соображений можно считать, что предельная напряженность электрического поля на поверхности ускоряющей структуры должна возрастать с увеличением частоты. Большое распространение получили полуэмпирические критерии [7,82 в которых нарушения изоляционной прочности вакуумного промежутка связываются с разрушениями электродов, вызванными высокоэнергичными частицами (электронами или ионами). Например, критерий Килпатрика, одинаковый для любых электродных материалов
Г Гг г Ю5
д/ Е г-хр (-1.7 • — )
= 1,8 • 1014
где Е - напряженность электрического поля (В/см),
1д/- максимальная энергия, которую может приобрести частица (электрон или протон) в данном зазоре(эЭ. При больших полях Е ~1 МВ/см критерий можно упростить:
(Е X ) £
Эмиссионный электрон стартует с нулевой скоростью и его энергия
Распределение магнитных диполъных моментов в модели "сплошной границы"