С. В. КУЦАЕВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

Программа расчета динамики с учетом

объемного заряда в линейном ускорителе

электронов на бегущей волне

Приведено описание работы программы расчета динамики с учетом объемного заряда в линейном ускорителе электронов на бегущей волне Hellweg 2.0, а также результаты, полученные с ее помощью.

Программа Hellweg 2.0, написанная на языке Delphi, позволяет рассчитывать динамику электронов в ускорителе на бегущей волне при заданном распределении напряженности поля, фазовой скорости ускоряющей волны и входных параметров пучка. В основу кода были положены уравнения приведенные в статье, решаемые в теле программы численно методом Рунге-Кутты 4-го порядка [1].

Учет объемного заряда пучка проводился с помощью следующих поправок к электрическому полю, расcчитываемых на каждом шаге для каждой частицы [2]:

,

,

где M-форм-фактор пучка, Ia –ток Альфена. Остальные обозначения приведены согласно [2].

В табл.2 приведены результаты расчета динамики ЛУЭ со входными параметрами, указанными в табл.1, и зависимостями фазовой скорости волны и напряженности электрического поля по длине ускорителя, представленными на рис.1-2 с учетом объемного заряда. Мощность генератора 4.5 МэВ, рабочая частота 5712 МГц.

Таблица 1

I0, А

Kз, %

Wср, МэВ

Без ОЗ

0.1

63

10.59

С ОЗ

0.1

62

10.59

Без ОЗ

1

59

5.62

С ОЗ

1

49

6.1

Без ОЗ

2

42

0.99

С ОЗ

2

36

3.64

На рис.1 и 2 показаны зависимости фазовой скорости волны и нормированной напряженности поля с учетом нагрузки тока и объемного заряда по длине ускорителя соответственно.

Рис. 1

Рис. 2

На рис. 3 и 4 показаны зависимости энергии по длине ускорителя для тока 2 А с учетом и без учета объемного заряда соответственно.

Рис. 3

Рис. 4

Из рисунков видно, что действие сил объемного заряда приводит к уменьшению коэффициента захвата, что в свою очередь снижает нагрузку током и позволяет получить большую энергию на выходе. Результаты, полученные с помощью данной программы хорошо согласуются с теоретическими.

Список литературы

1.  , “Группировка и самоускорение сильноточного пучка в волноводной замедляющей системе при наличии внешнего магнитного поля”. Журнал Технической Физики. Т.49. В

2.  Crandall K. R., Rushtoi D. P. “Trace-3D Documentation”, LANL.