Исследование и разработка устройств оптики заряженных частиц электростатических ускорителей

• Автор: Бажал, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава I. Некоторые проблемы техники формирования ионных пучков на электростатических ускорителях
1.1. Согласование характеристик пучка с оптическим каналом электростатического ускорителя
1.1.1. Развитие и современное состояние систем согласования на электростатических ускорителях и методы их анализа
1.1.2. Специфика проблемы согласования на перезарядных ускорителях
1.2. Подавление разрядных процессов в канале ускоряющей трубки
1.2.1. Особенности разрядных процесов в ускоряющих трубках электростатических ускорителей
1.2.2. Ускоряющие трубки с наклонными полями
1.2.3. Ускоряющие трубки с продольной модуляцией осевого потенциала
1.2.4. Ускоряющие трубки с магнитным подавлением
1.3. Выводы
Глава II. Разработка и расчетный анализ ионно-оптической схемы системы согласования пучка для перезарядного ускорителя ЭГП
2.1. Оценка факторов, приводящих к расплыванию пучка в канале ин-жекции перезарядного ускорителя ЭГП
2.2. Фокусировка ионного пучка с конечным эмиттансом ускоряющей трубкой электростатического ускорителя
2.2.1. Обобщение расчетного метода Элкинда на пучки с конечным эмиттансом
2.2.2. Анализ условий фокусировки ионного пучка ускоряющей трубкой электростатического ускорителя
2.3. Выбор и расчетное обоснование ионно-оптической схемы для системы согласования пучка перезарядного ускорителя ЭГП
2.3.1. Предварительная оценка ионно-оптических характеристик
низкоэнергетичной ступени ускорения
2.3.2. Вычислительный метод для анализа аксиальносимметричных электростатических устройств формирования пучка
2.3.3. Оптическая схема системы согласования пучка перезарядного ускорителя на основе изофокусирующей линзы
Глава III. Разработка ускоряющих структур с наклонными полями и некоторые особенности их применения в различных режимах работы электростатических ускорителей
3.1. Развитие методик расчета ускоряющих структур с наклонными полями и анализа их ионно-оптических характеристик
3.1.1. Расчетно-аналитическая методика
3.1.2. Компьютерно-ориентированная методика
3.2. Высокоэнергетичные секции ускоряющей трубки перезарядного ускорителя ЭГП
3.2.1. Особенности режима ускорения многозарядных ионов в высокоэнергетичных секциях ускоряющей трубки перезарядного ускорителя
3.2.2. Оптимизация электродной структуры высокоэнергетичных секций ускоряющей трубки с наклонными полями
3.3. Разработка электродной структуры высокоэнергетичных секций ускоряющей трубки перезарядного ускорителя ЭГП-1 ОМ
3.4. Ускоряющая трубка электростатического ускорителя со скрещивающимися наклонными полями
Глава IV. Стендовые испытания элементов ускоряющей трубки электростатического ускорителя
4.1. Высоковольтные испытания модульной секции широкоапертурной ускоряющей трубки электростатического ускорителя
4.2. Кондиционирование вакуумных промежутков ускоряющей трубки электростатического ускорителя дуговым разрядом с искусственно накаливаемым катодом
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Современные электростатические ускорители (ЭСУ), продолжая оставаться важным инструментом ядерно-физических исследований [1-7], в последнее время находят все более широкое применение также и во многих других отраслях человеческой деятельности, как научной, так и практической [8-19]. Привлекательность электростатических ускорителей для потенциальных потребителей ионных пучков в энергетическом диапазоне от одного до ста МэВ объясняется уникальной совокупностью их свойств, среди которых в первую очередь следует назвать рекордно высокую моноэнергетичность, возможность осуществления и, что особенно важно для многих приложений, оперативное изменение режимов ускорения различных ионов, сравнительно невысокую стоимость и небольшие эксплуатационные затраты. Многообразие режимов, отличающихся по сорту ускоряемых частиц, энергии, интенсивности, а для импульсных пучков-и по характеристикам ионных сгустков [20-31], предъявляют повышенные требования к надежности и эффективности ионно-оптической системы электростатического ускорителя.
Решение задач современной экспериментальной ядерной физики, развитие на базе ЭСУ прецизионных методов анализа (ускорительная масс-спектрометрия, техника ионного микрозонда) невозможно без обеспечения высокого качества ускоряемого пучка [17,24, 29-34], которое определяется его энергетическим разрешением, геометрическими и фазовыми характеристиками, стабильностью пространственного положения и интенсивности, а также должно отвечать ряду других критериев в соответствии с требованиями конкретной работы.
Одним из наиболее заметных факторов, влияющих на надежность электростатического ускорителя, является электрическая прочность вакуумной изоляции, которая в значительной степени определяется способом подавления разрядных процессов, протекающих в вакуумном канале ускоряющей трубки (УТ). Разработка систем подавления разрядных процессов, в основу которой положены знания о природе возникновения и характере движения вторичных заряженных частиц, равно как изучение механизмов взаимодействия ускоренного пучка с этими системами представляют собой важную задачу корпускулярной оптики электростатических ускорителей [35-38].
Экстремальные условия эксплуатации систем формирования ионного пучка (высокая напряженность электростатического поля, электромагнитное ионизи-
модуляцией потенциала - 1,3-10-6 Па), наводят на мысль о преобладающей роли способа подавления разрядных процессов в канале в сохранении их электрической прочности.
При выборе типа ускоряющей трубки для электростатического ускорителя необходимо руководствоваться прежде всего требованиями решаемой экспериментальной задачи. Следует помнить, что трубки с наклонными полями способны в большей степени влиять на вторичные частицы так же, как и на ускоряемый пучок. Поэтому их использование можно рекомендовать для получения предельных энергетических параметров при ускорении пучков с умеренной интенсивностью, либо в случаях, когда высокая пространственная стабильность пучка не имеет принципиального значения. Другое преимущество УТ с наклонными полями заключается в более эффективном удалении из канала посторонних заряженных частиц, ускоряемых вмести с пучком, что, например, особенно важно для повышения чувствительности ускорительного масс-спектрометра. Для ускорения пучков высокой интенсивности (имеется ввиду интенсивность, близкая к предельной для данного ЭСУ) более предпочтительно использование трубок с модуляцией потенциала, поскольку они не столь критичны к попаданию части пучка на электроды и связанному с этим перераспределением тока делителя. Вообще, их использование предпочтительней в тех случаях, когда необходима хорошая пространственная стабильность пучка.