Ускоряюще-фокусирующая призматическая бипериодическая структура

• Автор: Костин, Денис Викторович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ
1 РАСЧЕТ ПРИЗМАТИЧЕСКОЙ БИПЕРИОДИЧЕСКОЙ УСКОРЯЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ. Ю
1.1 Расчет дисперсионной характеристики
ускоряющей структуры
1.2 ВЧ фокусировка в ускоряющей структуре

1.3 Аналитический расчет ПБУС. 8
7.4 Численный расчет ПБУС
2 РАСЧЕТ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ПБУС
2.1 Электродинамические характеристики ПБУС
для разрезного микротрона
2.2 Расчет ускоряющей секции на основе ПБУС
2.3 Расчет волн высших типов в ПБУС
2.4 Динамика электронного пучка в ускорителе
на основе ПБУС
2.5 Расчет ускоряющей структуры для линейного
ускорителя непрерывного режима

З ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УСКОРЯЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ
3.1 Настройка ускоряющей секции
3.2 Экспериментальное исследование ускоряющей секции на основе ПБУС
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
/7/. Разрезной микротрон на основе ПБУС
П2. Ускоряющая секция для разрезного
микротрона на основе ПБУС

Введение.
Развитие технологии получения высокоэнергетичных пучков заряженных частиц приводит как к совершенствованию мощных инструментов исследования фундаментальных свойств материи, которыми являются ускорители, так и к появлению новых способов решения практических задач, напрямую не связанных с научными исследованиями. Ускорители заряженных частиц находят свое применение в промышленности, как для исследования различных объектов, дефектоскопии, так и для получения материалов с новыми уникальными свойствами. Так же известна другая область использования ускорителей, медицина, в этой области применения основные усилия направлены на получение эффективных методов терапии раковых заболеваний. Кроме перечисленных выше применений установок для генерации пучков заряженных частиц существуют некоторые специфические области применения, одной из которых является разработка методов обнаружения определенных веществ, таких как наркотические и взрывчатые вещества.
Требования к основным параметрам электронного пучка, необходимого для реализации системы детектирования взрывчатки и наркотиков, вытекают из физических принципов, лежащих в основе этой системы [11,14]. Так, энергия пучка для идентификации основных элементов, аномально высокая концентрация которых свидетельствует о возможном наличии взрывчатки или наркотиков, должна составлять: для углерода около ЗОМэВ, азота - 50МэВ, кислорода - 70МэВ. Импульсы электронов длительностью несколько микросекунд должны следовать с частотой десятки герц при величине тока в импульсе десятки микроампер. Необходимо иметь возможность перехода от одного значения энергии к другому с частотой следования импульсов пучка. Требования к монохроматичности пучка и величине поперечного эмиттанса весьма умерены: величина энергетического разброса должна лежать в пределах 1%, величина нормализованного поперечного эмиттанса - сотни мм-мрад.
Весьма жесткими являются требования к габаритам, весу, стоимости и экономичности ускорителя для получения электронного пучка с указанными параметрами, установка должна быть компактной, а в ряде случаев транспортабельной. Данное обстоятельство практически исключает возможность использования обычного линейного ускорителя для достижения энергии 70МэВ. При умеренном темпе набора энергии около 15МэВ/м длина ускорителя превысит 5 м, а затраты импульсной СВЧ мощности на создание ускоряющего поля составят более 14МВт. При сокращении длины линейного ускорителя

источника питания РМ. Поэтому расчет зависимостей параметров структуры от геометрических размеров был частично выполнен на частоте /—2450МГц, эти параметры могут быть пересчитаны на другую частоту с использованием соотношений:
Г-л/7> ЬД <2~1/л/7 (2.1)
В качестве исходных данных расчета геометрии структуры для рабочей частоты вида колебаний л/2 /=2856МГц были приняты следующие: поперечное сечение призматического резонатора: АхВ=110x55мм , призматическое отверстие канала пролета пучка: а]хЬ]=20х10мм2. Коэффициент связи для ПБУС выбирался в пределах 5-г8%. В результате исследования зависимости параметров ПБУС от геометрии структуры были определены геометрические размеры рабочего варианта структуры.
Проведены расчеты влияния изменения отдельных размеров структуры на ее характеристики, в частности на рабочую частоту и на распределение электрического поля на рабочем виде колебаний. На Рис.2.5, 2,6 и 2.7 показаны расчетные зависимости рабочей частоты, отношения амплитуд продольного ускоряющего электрического поля на оси структуры в соседних ускоряющих ячейках (симметрии ускоряющего поля на рабочем виде колебаний) и отношения амплитуд продольного электрического поля на оси структуры в ячейке связи и ускоряющей ячейке от изменения размера узкой стенки ускоряющих ячеек и ячеек связи, а также от изменения длины щели связи. В Таблице 2.5 приведены результаты расчета влияния изменения длины трубки дрейфа на электродинамические характеристики рабочего варианта ПБУС. Данные зависимости необходимы для настройки ПБУС на рабочем виде колебаний, результатом такой настройки должно быть соответствие рабочей частоты заданному значению, обеспечение симметрии поля в соседних ускоряющих ячейках и отсутствия продольного электрического поля на оси структуры в ячейке связи.