Динамика электронного пучка в инжекторе лазерного ускорителя

• Автор: Горохов, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРНЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ

Взаимодействие заряда со свободной волной

Классификация лазерных ускорителей

Лазерное ускорение в вакууме

Лазерное ускорение в дальней зоне

Ускорение в ближней зоне

Плазменные ускорители

Ускорение кильватерной волной, созданной заряженным сгустком-

драйвером (Р]УРА)

Ускорение в плазме, возбужденной лазерным импульсом
Вывод
ГЛАВА 2. ЛАЗЕРНЫЙ МИКРОУСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ
Описание микроускорителя
Принцип действия микроускорителя
Особенности ускорения частиц в диапазоне длин волн лазерного
излучения
Величина поперечного эмиттанса пучка для лазерного ускорителя
Длина сгустка для лазерного ускорителя
Заряд сгустка и средний ток пучка
Эффект пространственного заряда
Роль кильватерных полей
Квантовый эффект, возникающий при формировании сгустков
ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА
Электронная пушка с термокатодом

Методика расчета электронной пушки
Схема электронной пушки
Оценка напряженности поля на поверхности катода
Параметры электронной пушки
Расчет параметров пучка электронов
Электронная пушка на основе автокатода
Схема электронной пушки на основе автокатода
Методика расчета электрического поля в электронной пушке
Метод расчета движения электронов в электронной пушке
Параметры пучка на выходе электронной пушки
Сравнение параметров двух рассчитанных электронных пушек
ГЛАВА 4. СИСТЕМА ГРУППИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

ПОЛИГАРМОНИЧЕСКИЙ ГРУППИРОВАТЕЛЬ ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО УСКОРИТЕЛЯ
Механизм группирования
Численное моделирование процесса группирования
Формирование полигармонического поля
Выводы
ГЛАВА 5. УСКОРЯЮЩАЯ СТРУКТУРА
Расчет ускоряющей структуры
Динамика сгустка электронов в ускоряющей структуре
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Введение
Актуальность работы. Увеличение энергии электронного пучка за пределы порядка 1 ТэВ, необходимое для дальнейшего прогресса физики высоких энергий, возможно лишь при существенном росте темпа набора энергии частиц по сравнению с достижимой на сегодняшний день величиной 50-100 МэВ/м. Поскольку градиент энергии в линейном
ускорителе растет обратно пропорционально л/Л, где А - длина волны ускоряющего поля, то одним из путей увеличения темпа набора энергии I является переход от длин волн электромагнитного поля порядка 0.2-0.01 м к
Я порядка 10 рм, где существуют мощные С02 лазеры, способные обеспечить градиент энергии до 1-10 ГэВ/м. К настоящему времени предложены десятки схем лазерного ускорения (например работы [1,2,3,4]), а также схемы плазменного ускорения [5], однако во всех случаях щ- рассматривается движение ультрарелятивистского пучка начиная с энергий
1-10 ГэВ, проблема же формирования коротких нерелятивистских сгустков длиной 1 рм и менее, с малым поперечным эмиттансом в рамках концепции лазерного ускорения оставалась за рамками обсуждаемых вопросов.
Задачи, решаемые при расчете динамики пучка в начальной части лазерного микроускорителя электронов, сходны с задачами, которые необходимо решать при расчетах ускорителей электронов в диапазоне длин волн 3-30 см, широко используемых в настоящее время. В частности, необходимо обеспечить формирование и ускорение сгустков электронов с минимальными потерями, сконцентрировав частицы в минимальном продольном и поперечном фазовом объеме.
Линейные размеры ускорителя прямо пропорциональны длине волны ускоряющего поля, поэтому при переходе от рассмотрения теории ускорителей с темпом набора энергии частиц порядка 10-50 МэВ/м к рассмотрению теории ускорителей нового поколения с темпом набора

Глава 2. Лазерный микроускоритель электронов
Описание микроускорителя
В настоящей работе проведен расчет инжектора для микроускорителя со специальным зеркалом, на котором расположена ускоряющая линейная структура с лазерной накачкой. Схематически ускоритель изображён на Рис. 7.
Рис. 7. Структура микроускорителя с лазерной накачкой.
Ускоритель представляет собой плоское зеркало 1, на поверхности которого находится дифракционная решетка. На зеркало перпендикулярно падает плоский поляризованный вдоль оси г пучок лазера. В результате над зеркалом возбуждается стоячая параксиальная волна основного типа, имеющая гауссовое пространственное распределение амплитуды электрического переменного поля вдоль траектории ускоряемого потока частиц и ограниченная каустической поверхностью 2. Ускоряемый поток электронов 3 влетает в ускоряющую структуру, представляющую собой набор металлических прямоугольных диафрагм 4 с отверстиями для частиц, расположенных на плоском зеркале открытого резонатора.