,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ИОННОГО ПУЧКА
В ЛИНЕЙНОМ ОНДУЛЯТОРНОМ УСКОРИТЕЛЕ
С АКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНЫМ КАНАЛОМ
Устойчивое движение ионного пучка в линейном ускорителе возможно не только при наличии внешних фокусирующих элементов, но и с использованием ВЧ поля специальной формы (ВЧ фокусировка). В настоящее время известно несколько типов ВЧ фокусировки: фазопеременная фокусировка (ФПФ) [1-2], пространственно-однородная квадрупольная фокусировка (ПОКФ) [3], аксиально-симметричная ВЧ фокусировка (АВФ) [4] и ондуляторная ВЧ фокусировка (ОРФ) [5-6]. Отличие последнего типа ВЧ фокусировки состоит в отсутствии синхронной с пучком гармоники. В этом случае ускорение происходит в комбинационном поле, образованном при воздействии на пучок двух несинхронных гармоник (двух ондуляторов). Один из ондуляторов всегда является высокочастотным (основная пространственная гармоника ВЧ поля), а второй может быть как высокочастотным (линейный ондуляторный ускоритель, ЛОУ, с ВЧ ондулятором), электростатическим или магнитным. Два первых типа ЛОУ позволяют ускорять ленточные пучки ионов. Результаты исследования динамики ленточных пучков в ЛОУ с плоским высокочастотным ондулятором подробно рассмотрены в работе [5]. Целью данной работы является сравнительный анализ результатов исследования динамики пучка ионов дейтерия в ВЧ ЛОУ при аксиально-симметричном канале (АВЧЛОУ, рис. 1) с плоским каналом.
Рис. 1. Схема аксиально-симметричного ВЧ ЛОУ.
Аналитическое исследование динамики пучка проводилось с использованием уравнения движения, записанного в гладком приближении, аналогично тому, как это выполнено в работе [5]. Рассматривались ЛОУ с ВЧ полем на видах колебаний 
и 
. Были получены условия ускорения и поперечной фокусировки в АВЧЛОУ. Показано, что для обеспечения эффективной группировки пучка ускоритель должен состоять из группирователя и ускоряющей подсекции. Оказалось, что максимальный коэффициент токопрохождения в данном типе ЛОУ достигается в случае, когда амплитуды двух гармоник ВЧ поля примерно равны. Этот результат существенно отличается от полученного [5] для ленточного пучка, где амплитуда основной гармоники ВЧ поля должна быть примерно в три раза больше амплитуды первой.
Далее, с использованием полученных аналитически результатов, было проведено численной моделирование динамики пучка в АВЧЛОУ. Моделирование проводилось с помощью специально разработанной версии программы BEADULAC. Это программа позволяет проводить численное моделирование динамики пучка с учетом влияния собственного поля пучка. Численное моделирование в основном подтвердило аналитически полученные результаты. Исследование также проводилось для ЛОУ с ВЧ полем на видах колебаний и . Было показано, что при , длине ускорим, амплитуде основной гармоники ВЧ поля 130 кВ/см и энергии инжекции 150 кэВ выходная энергия пучка составляет 1.2 МэВ. Амплитуда первой гармоники ВЧ поля должна быть примерно равна амплитуде основной, а длина группирователя должна составлять половину полной длину ЛОУ. В этом случае коэффициент токопрохождения равен 65-70 %. Предельный ток пучка в АВЧЛОУ составляет около 130 мА, что делает эту систему конкурентоспособной по сравнению с ПОКФ. Ускоритель с ВЧ полем на виде колебаний оказался малоэффективным из-за плохой поперечной фокусировки пучка. Коэффициент токопрохождения здесь не превышает 30 %.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (Грант № ) и CRDF (MO-011-02 Y2-P-11-20).
Список литературы
1. , ЖТФ, 4, 506, 1959.
2. , АЭ 29, 823, 1970.
3. , , ПТЭ, 2, 1970.
4. E. S. Masunov, N. E. Vinogradov, Phys. Rev. ST Accel. Beams, 2001, No 7, 070101.
5. E. S. Masunov. Technical Physics, Vol. 46, No. 11, 2001, pp. .
6. E. S. Masunov, S. M. Polozov. Problems of Atomic Science and Technology, 1, 2004,
pp. 134-136.
