А. А. АНИСИМОВ, С. В. КУЦАЕВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

РАСЧЁТ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ

С-ЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА С БОЛЬШИМ

КОЭФФИЦИЕНТОМ ЗАХВАТА

Приведены результаты расчёта динамики пучка линейного ускорителя электронов С – частотного диапазона с коэффициентом захвата более 60 %.

Рассмотрен расчет динамики электронов в линейном ускорителе на частоте 5712 МГц с двумя вариантами бипериодической ускоряющей структуры [1]. Обе структуры состоят из 19 ускоряющих ячеек, а число группирующих ячеек в одной - две, а в другой - три. Мощность питания для первого ускориМВт. А для второго 3.4 МВт. Расчеты динамики проводились по программе PARMELA, а исходные файлы для нее с конфигурациями электрического поля создавались по программе SuperFish. Для получения большого коэффициента захвата (без внешнего магнитного поля) и хорошего энергетического спектра варьировались поле в группирующих ячейках и значения фазовой скорости в них.

Для первого варианта наилучшие результаты получаются при значениях относительной фазовой скорости: bф=0.43, 0,6 в первой ячейке и во второй ячейках. Соотношения полей в первых двух ячейках составили 0,13 и 0,96 от амплитуды поля 29,3 МВ/м в регулярной ячейке при токе ускоренных электронов 0,15 А и средней энергии 9,97 МэВ. При этих параметрах пучка коэффициент захвата равнялся 69 %. Рассчитанный вариант ускорителя был исследован в отношении возможности регулировки энергии от 5 до 10 МэВ за счет изменения тока пучка и мощности ВЧ источника. Соответствующие данные приведены в табл. 1.

Табл.1

Средняя

энергия, МэВ

Выходной

ток, мА

Коэффициент

захвата

Спектр

Баланс ВЧ мощности, МВт

9,97

0,15

69,4

20

4,5

5,1

0,45

25,7

44

4,4

Для структуры c тремя группирующими ячейками выбраны значения относительных фазовых скоростей: bф=0.53, 0.51 и 0,78 Соотношение ускоряющих полей 0.14: 0.82: 1.0: 1.0, то есть в третьей ячейке поле как и в регулярной структуре составило 28.0 МВ/м. С такой структурой были получены следующие характеристики: для средней энергии 10 МэВ, коэффициент захвата получился Кз=69 %, Iп=0,09 А, спектр ~ 10.7 %, а для средней энергии 5 МэВ коэффициент захвата Кз=25 %, ток ускоренных электронов Iп=0,42 А, спектр составил ~ 27.9 % (по сравнению со спектром ~ 44 % на 5 МэВ предыдущей структуры). На рис.1. представлены фазовые и энергетические спектры на выходе ускорителя для 10 и 5 МэВ.

а)

б)

Рис.1. Фазовый спектр, поперечное сечение сгустка,

фазо-энергетический и энергетический спектры пучка на выходе структуры:

а) на энергию 10 МэВ, б) на энергию 5 МэВ

Список литературы

1.  , , . Ускоряющая структура линейного ускорителя электронов С-частотного диапазона. Сборник научных трудов научной сессии МИФИ. Т. 7. С.200-201, 2006.