Фокусировка низкоэнергетичных ионов в линейном ускорителе с помощью электростатического ондулятора

В. С. ДЮБКОВ

Научный руководитель - Э. С. МАСУНОВ, д. ф.-м. н., профессор

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ФОКУСИРОВКА НИЗКОЭНЕРГЕТИЧНЫХ ИОНОВ В ЛИНЕЙНОМ УСКОРИТЕЛЕ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ОНДУЛЯТОРА

Рассмотрена возможность фокусировки низкоэнергетичного ионного пучка в линейном ускорителе с помощью электростатического ондулятора. Найдены условия, обеспечивающие фокусировку пучка и получение высокого коэффициента токопрохождения.

При ускорении низкоэнергетичного ионного пучка в резонансной системе типа Видероэ с помощью одной синхронной гармоники высокочастотного поля необходимо обеспечить поперечную фокусировку частиц. В данной системе невозможно применение поля соленоида или магнитных квадруполей. Поэтому для фокусировки низкоэнергетичного пучка предлагается использовать поле продольного электростатического ондулятора. Рассматриваемая ВЧ система может оказаться более эффективной, чем пространственно однородная квадрупольная фокусировка (ПОКФ), т. к. в ПОКФ темп ускорения протонного пучка порядка 600 кэВ/м и быстро падает с ростом скорости частиц. В предлагаемом варианте ускорителя можно обеспечить хорошую группировку и захват пучка, а также поднять темп ускорения до величины 1,5 МэВ/м. В этом ускорителе конструктивно удаётся реализовать совмещение ВЧ резонатора и электростатического ондулятора [1].

В данной работе проведено численное моделирование продольной динамики ионного пучка в одночастичном приближении в параксиальной области и аналитически определено условие поперечной фокусировки. Энергия инжекции пучка равна 80 кэВ, частота высокочастотного поля 200 МГц, длина группирующего участка Lgr = 1 м, длина всей системы L = 2,5 м. Для получения высокого коэффициента группировки и захвата закон нарастания амплитуды напряжённости электрического поля имеет вид где En = 3 кВ/см, Ek = 10 кВ/см. Закон изменения синхронной фазы выбран линейным: . Поле электростатического ондулятора определено, исходя из условия обеспечения поперечной фокусировки ионного пучка.

Численное моделирование показало, что амплитуда напряжённости поля ондулятора, необходимая для устойчивого движения пучка, находится в интервале 15,3¸20 МВ/м. Ограничение поля ондулятора связано как с нарушением поперечной устойчивости пучка, так и продольной, связанной с перекрытием сепаратрис поля ондулятора и синхронной гармоники ВЧ поля.

Рис. 1.	Рис. 2.

На рис.1 представлена зависимость продольной скорости иона в ВЧ поле и в поле электростатического ондулятора. На рис. 2 представлен график отношения амплитуд напряжённостей поля ондулятора и поля синхронной ВЧ гармоники - c. Кривая 2, определяемая выражением , разделяет область поперечной устойчивости (над кривой) и неустойчивости (под кривой). В данном выражении β0s – относительная фазовая скорость волны, λ – длина волны, W0 = 938 МэВ. Кривая 1 есть выбранная величина c, при которой реализуется фокусировка.

Список литературы

1.  Масунов. Э. С. ЖТФ, 1990. Т.60, № 8, с.152-157.