Высокочастотные дефлекторы на бегущей волне для диагностики пучков заряженных частиц

• Автор: Смирнов, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Высокочастотные дефлекторы

1.1 Измерение параметров сгустков с помощью ВЧ дефлекторов

1.1.1 Измерение длины пучка

1.1.2 Измерение продольного фазового пространства пучка

1.2 Структуры ВЧ дефлекторов

1.2.1 Отклоняющая структура ВЧ дефлектора на стоячей волне

1.2.2 Отклоняющая структура ВЧ дефлектора на бегущей волне

1.3 Обзор существующих ВЧ дефлекторов

1.3.1 ВЧ дефлекторы на бегущей волне

1.3.2 ВЧ дефлекторы на стоячей волне
1.4 Выводы
Глава 2. Расчет конструкции ячеек для отклоняющих структур
2.1 Требования к отклоняющим структурам
2.2 Структура со стабилизирующими отверстиями
2.3 Структура с оппозитными выточками в обечайке ячейки
2.4 Структура с продольными стержнями
2.5 Структура с овальным апертурным отверстием
2.6 Выбор отклоняющей структуры
Глава 3. Проектирование и настройка высокочастотных дефлекторов
3.1 Устройства ввода мощности в отклоняющие структуры
3.1.1 Устройство трансформатора типа волны
3.1.2 Численная настройка трансформатора типа волны дефлектора PITZ
3.1.3 Численная настройка трансформатора типа волны дефлекторов XFEL

3.2 Влияние длины ячейки трансформатора типа волны на характеристики ВЧ дефлектора
3.2.1 Расчет отклоняющего потенциала
3.2.2 Вариация длины ячейки трансформатора типа волны
3.3 Настройка отклоняющих структур методом эквивалентных

3.3.1 Эквивалентная схема для круглого диафрагмированного волновода на дипольной волне
3.3.2 Оптимизация параметров ячеек входного и выходного трансформатора типа волны
3.3.3 Программа численной настройки трансформаторов типа волны на бегущей волне
3.4 Анализ наведенных полей в высокочастотном дефлекторе
3.5 Выводы
Глава 4. Экспериментальное исследование и настройка ВЧ дефлектора
4.1 Методы измерения электродинамических характеристик отклоняющих структур
4.1.1 Измерение резонансных частот
4.1.2 Измерения электромагнитных полей в режиме стоячей волны
4.1.3 Измерение электрического поля в режиме бегущей волне
4.1.4 Измерение поперечного шунтового сопротивления
4.2 Измерение электродинамических характеристик ВЧ дефлектора
4.2.1 Измерения резонансных частот регулярных ячеек
4.2.2 Измерение распределения поля в регулярных ячейках
4.2.3 Измерение поперечного шунтового сопротивления
4.3 Настройка трансформаторов типа волны ВЧ дефлектора на режим бегущей волны
4.4 Элементы высокочастотного тракта для дефлекторов PITZ и XFEL
4.4.1 Направленные ответвители

4.4.2 Керамическое волноводное окно
4.4.3 Волноводная поглощающая нагрузка
4.4.4 11-образный волновод
4.5 Выводы
Заключение
Список использованной литературы

Таблица 1.1 - Характеристики дефлекторов «LOLA II» и »LOLA III»
Параметр Единицы измерения LOLA II LOLA III
Рабочая частота МГц 2856 2
Набег фазы на ячейку рад. 2к/3 2я/
Полная длина мм 525
Добротность 9030 11
Относительная групповая скорость -0,0296 -0,00
Постоянная затухания Нп/м 0,1105 0,3
Поперечное погонное шунтовое сопротивление МОм/м 15,6 12,
Позднее был создан дефлектор «LOLA IV» длиной 2,4 м, установленный и в запущенный в 2005 г. в DESY, Германия, в рамках проекта FLASH (Free Electron LASer in Hamburg) [25]. Некоторые его характеристики сведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 - Характеристики дефлектора «LOLA IV»
Параметр Единицы измерения Значение
Отклоняющее ВЧ напряжение MB
Пиковая входная мощность МВт 6,
Энергия пучка ГэВ
Среднеквадратическая длина пучка мкм
На основе «LOLA» в 1971 г. был изготовлен дефлектор в Аргоннской Национальной лаборатории в США (АЖ.) [26], отличающийся увеличенной продолжительностью рабочего импульса в 50 мс при 6 МВт входной мощности. Это устройство было использовано в качестве сепаратора. Его полная длина составила 3,8 м, диаметр апертурного отверстия увеличен до 44,88 мм, поперечный отклоняющий импульс - 13,2 МэВ/с.
Дефлектор С-диапазона.
В фотонном синхротроне на 8 ГэВ БРг^-Б, Япония, разрабатывается компактный лазер на свободных электронах 8АСЕА [27]. Для генерации интенсивного рентгеновского излучения единичный пучок электронов сжимается до 30 фс. Важным шагом к стабильной генерации является