Динамика электронного пучка в разрезном микротроне-рекуператоре

• Автор: Кайран, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 60 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЩАЯ СХЕМА ЛСЭ НА БАЗЕ МИКРОТРОНА-РЕКУПЕРАТОРА
Специфические требования, предъявляемые к магнитной системе ускорителя
ГЛАВА 2. ГЕОМЕТРИЯ ВОСЬМИДОРОЖЕЧНОГО РАЗРЕЗНОГО МИКРОТРОНА-РЕКУПЕРАТОРА
Первая дорожка, раскладка по сепаратриссам
1 80-градусный поворот с использованием двух магнитов
Поворот с использованием трех магнитов
Поворот на восьмой дорожке с использованием четырех магнитов
Учет конечной толщины края круглого магнита
ГЛАВА 3. ДИНАМИКА ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В МАГНИТНОЙ СИСТЕМЕ РАЗРЕЗНОГО МИКРОТРОНА-РЕКУПЕРАТОРА
Граничные условия для параметров Твисса на концах общего (ускоряющего)
промежутка
Фокусировка соленоидами на ускоряющем промежутке
Минимизация р- и ц-функций в ахроматическом повороте
Неустойчивость поперечного движения
Оптимизация продольного движения в разрезном микротроне-рекуператоре.
Неустойчивость продольного движения
ГЛАВА 4. ДРУГИЕ ЛСЭ И УСКОРИТЕЛИ - РЕЦИРКУЛЯТОРЫ
Первая очередь ЛСЭ на базе ускорителя-рекуператора на энергию 14 МэВ.
Промышленные ускорители на основе ВЧ-рециркудяторов
MARS - источник рентгеновского излучения 4-го поколения
ЛСЭ лаборатории им. Джефферсона
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА:

Введение

Лазеры на свободных электронах (ЛСЭ) являются устройствами, генерирующими или усиливающими когерентное излучение (см., например, [1] - [4]). В качестве рабочей среды в них используется пучок ультрарелятивистских (т.е. летящих со скоростью, очень близкой к скорости света) электронов, проходящий через знакопеременное периодическое поле ондулятора. ЛСЭ имеют несколько особенностей, отличающих их от других лазеров. Во-первых, длина волны излучения определяется параметрами ондулятора и энергией электронов, а, следовательно, может быть практически любой и плавно перестраиваться. Во-вторых, наличие электронных пучков со средней мощностью порядка десятков мегаватт и средней плотностью мощности до сотни мегаватт на квадратный миллиметр позволяет создавать ЛСЭ средней мощностью до нескольких мегаватт. В-третьих, относительно малая оптическая плотность и "простота" рабочей среды позволяют получать излучение с предельно малой (дифракционной) угловой расходимостью. Эти особенности определяют возможные применения ЛСЭ: спектроскопия, лазерная
фотохимия, разделение изотопов, передача энергии на искусственные спутники Земли, лазерная медицина и т.д.
Институт ядерной физики совместно с Институтом химической кинетики и горения ведут создание мощного лазера на свободных электронах для Сибирского центра фотохимических исследований на минимальную длину волны Д = 2мкм. Связь длины волны излучения ЛСЭ с энергией электронного пучка записывается следующем образом:
Лц,{ + к2/2)
Я = -2Г , где у = Е / тс , £-энергия электронов, л№ -период ондулятора, к-

параметр ондуляторности (для реальных ондуляторов разумное значение л: от 1 до 2). Для ондулятора, который рассматривается как кандидат на использование его в ЛСЭ, Л№ =9 см, и, соответственно, необходимая энергия электронного пучка Е ~ 100 МэВ. Важным элементом ЛСЭ является ускоритель электронов, являющийся источником электронного пучка. Для получения хороших характеристик лазерного излучения необходимо подготовить электронный пучок с заданными параметрами: средней энергией, эмиттансом, энергетическим разбросом, средним и пиковым токами.
Одним из наиболее перспективных путей создания мощных ЛСЭ представляется использование разрезного микротрона-рекуператора, где происходит не только ускорение

электронов для ЛСЭ, но и последующее замедление отработанного электронного пучка. Однократное использование электронного пучка позволяет обойти ограничение мощности излучения для ЛСЭ на базе циклических ускорителей. Рассмотрение магнитной системы и особенностей движения электронного пучка в ней представлены в данной работе.
Целями диссертационной работы, являются:
♦ выработка требований, предъявляемых к магнитной системе ускорителя-рекуператора для ЛСЭ;
♦ исследование различных аспектов движения электронного пучка в магнитной системе многопроходного ускорителя-рекуператора;
♦ рассмотрение различных вариантов магнитных систем и выбор наиболее подходящей;
♦ разработка проекта магнитной системы ускорителя-рекуператора для ЛСЭ.
В первой главе дается описание общей схемы ЛСЭ на базе ускорителя-рекуператора. Сформулированы проблемы, возникающие при использовании обычных (несверхпроводящих) ВЧ структур в ускорителе-рекуператоре. Перечислены некоторые положительные и отрицательные стороны использования сверхпроводящих ВЧ-структур для многопроходного ускорителя-рекуператора для ЛСЭ. Сформулированы специфические требования на магнитную систему многопроходного ускорителя-рекуператора для ЛСЭ.
Вторая глава посвящена описанию конкретной геометрии восьмидорожечного микроторона-рекуператора на максимальную энергию 98 МэВ для ЛСЭ Центра фотохимических исследований. Выбранная магнитная система удовлетворяет требованиям, сформулированным в первой главе. В главе подробно описана специфика использования круглого магнита в качестве сепарирующего. Приводятся оценки поправок, учитывающих конечную длину края магнита, к геометрии магнитной системы.
В третьей главе рассматриваются различные аспекты динамики электронного пучка в микроторопе-рекуператоре: ахроматические 180-градусные повороты, одновременная фокусировка пучков разных энергий в одном и том же промежутке, согласование параметров Твисса пучка с магнитной системой ЛСЭ. Представлено моделирование движения пучка на продольной фазовой плоскости в одночастичном приближении и

продольной фазовой плоскости на угол близкий к 5.5 х — . Так как мы рассмотрели
оптимальный вариант, небольшие отклонения от него не сильно исказят картину. Выберем равновесную фазу