Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ КАТОД ДЛЯ ДУОПЛАЗМАТРОНА
Высокочастотные ионные источники имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными газоразрядными источниками. К ним относится простота конструкции газоразрядной камеры, высокая надежность и большой ресурс работы из-за отсутствия в ионном источнике накаливаемого катода. Были проведены исследования возможности зажигания дугового разряда. При наличии высокочастотного сигнала в разрядной камере был произведено зажигание ВЧ разряда. При подаче импульсного напряжения, необходимого для зажигания дугового разряда, на промежуточный электрод, находящийся в разрядной камере, происходил переход ВЧ разряда в дуговую стадию. Проведенные исследования показали правильность модельных представлений о возможности использования в качестве эмиттера электронов в дуоплазматроне ВЧ источника, при этом сам ВЧ источник является резонатором, нагруженным плазмой, что позволяет использовать его в режиме длительной эксплуатации.
, С. С. проскин
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Последовательное сопротивление
круглого диафрагмированного волновода
Рассмотрим круглый диафрагмированный волновод (КДВ) с параметрами βФ=1, t/λ=0,0382, без скруглений отверстия в диафрагме и со скруглением R=t/2 с параметром a/λ от 0,08 до 0,22, где λ - длина волны, а-радиус отверстия в диафрагме. Этот диапазон параметров характерен для ускоряющих секций линейных ускорителей электронов. По определению последовательное сопротивление RП КДВ равно RП=Е2/2Р, Е-напряженность поля на оси КДВ, Р-СВЧ мощность. Справочные данные содержат величины для нормированной напряженности Eλ / Р1/2. Тогда RП=(1/2 λ2)· (Еλ/Р1/2)2.Можно показать, что Еλ/ Р1/2 = А·(а/λ)-2, где для θ=π/2 без скруглений А=5,68, а для R=t/2 А=5,04. Таким образом выражение для RП =(1/2)·(А/λ)2·(а/λ)-4 параметр, который необходим для расчета полей излучения ускоряемых сгустков электронов в КДВ.
,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
нагруженная добротность кдв
с потерями и без потерь
Нагруженная добротность резонатора-ячейки КДВ равна QН1=Q0/(1+2Z0/rД), Q0-собственная добротность КДВ, rД-эквивалентное омическое сопротивление стенок резонатора. Резонатор длиной равный длине волны λ на виде колебаний θ имеет нагруженную добротность QНλ=QН1·2π/θ, а резонатор ускоряющей секции КДВ длинной L имеет нагруженную добротность QН=QНλ·L/λ=QН1·2πL/(θ·λ). Можно показать, что (rД+2Z0)·QН1=2Z0·QН10, где QН10-нагруженная добротность ячейки КДВ не имеющей потерь, когда rД=0. Для резонатора с потерями эквивалентное омическое сопротивление rД рассчитывают по формуле rД=(ρ/2πδ)·[2ln(b/a)+(d/b)+(t/a)], ρ-удельное сопротивление стенок резонатора КДВ, d - расстояние между диафрагмами, b - радиус кольца, а-радиус отверстия диафрагмы, t-толщина диафрагмы. Для θ=π/2, λ=16,5см, а/λ=0,20, a/b=0,47, QН1=0,792, а QН секции длинной L=2м равна QН=38.
,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Энергия, мощность пучка электронов
и электронный КПД ЛУЭ
Er=Er0·exp(-αּz), α-коэфициент затухания, z-продольная координата. Поле излучения пучка равно ЕП=Еq[1-exp(-π/QН )]-1, Еq=q·c·RП, π =3,14159.., QН -нагруженная добротность, q-заряд сгустка, с-скорость света, RП -последовательное сопротивление КДВ. Поле излучения спадает по закону Еcr=Еq·exp(-ωt/2QН), ω-круговая частота, t-время. При t=T, поле уменьшится как ЕcrТ = Еq · exp(-π/QН). Ускоряющее поле равно Е=Er0 · exp (-αּz)- Еq ·[1-exp(-π/ QН)]-1. Энергия в вольтах U=Еr0·L[1-exp(-αL)]/(αL)-Еq ·L[1-exp(-π/QН)]-1. Ток пучка I=q·c/λ. Поле сгустка Еq =I· RП ·λ. Мощность пучка P=(1/2) · { I · Еr0 · L · [1- exp( -αL )] / α L - I2 RП λ·L / [1-exp(-π/ QН)]}. ηмакс=(1/4)·(L/λ)·{[1-exp(-αL)]/(αL)}2·[1-exp(-π/ QН )]. При θ=π/2, λ=16,5см, α/λ=0,20, а/b=0,47, α=0,01492 1/м, QНλ =3,1672, t/λ=0,0382 для L=1м ηмакс=0,225, при L=3м ηмакс=0,23.
С. С. проскин
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Добротность цилиндрического волновода
и резонатора
Собственная добротность цилиндрического резонатора Q0, работающего на виде колебаний 
, равна Q0=R·L/δ(R+L), где R-радиусе круглого волновода, L-длина цилиндрического резонатора, δ-глубина скин-слоя. Обратная величина собственной добротности цилиндрического резонатора 1/Q0=(δ/R)+(δ/L). Первое слагаемое представляет собой обратную величину собственной добротности круглого диафрагмированного волновода на волне 
, т. е. Q0КВ=R/δ. Второе слагаемое есть обратная величина собственной добротности торцевых стенок цилиндрического резонатора на виде колебаний 
, т. е. Q0ТСТ=L/δ. На примере круглого диафрагмированного волновода с параметрами R=b; а/λ=0,20; а/b=0,47; вид колебаний θ=π/2; λ=10,5 см-длина волны; Q0КДВ =10900, собственная добротность круглого волновода с радиусом R=b равна Q0КВ=36180.
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Поле излучения релятивистского
сгустка электронов в кдв
Рассмотрим круглый диафрагмированный волновод с фазовой скоростью βФ = 1. Согласно теореме Вильсона энергия W, теряемая сгустком электронов с зарядом q, равна половине произведения заряда умноженному на наведенное им напряжение на зазоре W=(1/2)qU. Прирост напряжения ∆U равен произведению тока I на прирост сопротивления на зазоре ∆x. Согласно теореме Рамо I = q·c / ∆x, где с -скорость света. Прирост сопротивления равен ∆R = RП · (∆x)2, где RП - последовательный импеданс круглого диафрагмированного волновода, RП = Е2/2P и Е напряженность поля, Р - мощность электромагнитной волны. Мощность излучаемой электромагнитной энергии Р равна Р = 0,5·q2c2RП = Е2/2 RП . Таким образом, напряженность поля Е электромагнитной волны излучения сгустком q равна Е= q·c· RП .
,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Переходный процесс излучения
сгустков электронов в кдв
Амплитуда электрической составляющей поля излучения Еq релятивистского сгустка электронов q на оси однородного КДВ равна Еq=q·c·RП. Секция КДВ-проходной резонатор длинной L имеет нагруженную добротность QН= QН1 ·2πL(θ·λ). Поле Е за движущимся сгустком в выбранном сечении будет уменьшаться как E=Еq·exp(-ωt/2 QН), ω - круговая частота, t - время. За время t = T, поле уменьшится как E= Еq ·exp(-π/QН). Суммарное поле излучения N сгустков в выбранном сечении ЕN равно Еq умноженному на сумму от i=1 до i=N величины exp[-(i-1)π/ QН]. Эта сумма равна Еq [1-exp(-N·π/ QН )]/[1-exp(-π/ QН )] Еq = ЕN . Отметим, что для бесконечно большого числа сгустков E= Еq /[1-exp(-π/ QН)]. Выражения позволяют рассчитать переходной процесс излучения релятивистских сгустков электронов в однородном круглом диафрагмированном волноводе.
В. В. ДОБРОХОТОВ, Ю. С. ПАВЛОВ,
Институт физической химии и электрохимии им. РАН, Москва
ПРОДВИЖЕНИЕ РАДИАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК В ИННОВАЦИОННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
В лаборатории радиационных технологий проводятся работы по коммерциализации результатов радиационно-технологических исследований. Лаборатория предоставляет услуги по использованию высоких радиационно-химических технологий, связанных с применением современной радиационной базы, включающей в себя три линейных ускорителя электронов с энергией 5, 8 и 10 МэВ с мощностью в пучке 10 кВт, две кобальтовые гамма-установки с подвижными излучателями мощностью100 и 200 кКи и др. Внедрены установки и оказываются услуги: по радиационной модификации свойств изделий из пластмасс; улучшению временных характеристик полупроводниковых приборов под действием ионизирующих излучений; радиационной стерилизации изделий медицинского назначения; радиационной деконтаминации биологически активных добавок и пищевых продуктов; модификации свойств драгоценных камней, нанопорошков и по другим перспективным технологиям.
А. В. ВОРОНКОВ, Э. С. МАСУНОВ, С. М. ПОЛОЗОВ, В. И. РАЩИКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ПРОГРАММА DINUS ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ДИНАМИКИ СИЛЬНОТОЧНЫХ ПУЧКОВ
В УСКОРИТЕЛЯХ НА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЕ
При разработке ускорителей интенсивных электронных и ионных пучков необходимо корректно учитывать влияние собственного поля пучка. При этом обычно ограничиваются только учетом сил кулоновского взаимодействия частиц. Однако, с ростом тока ускоряемых частиц существенное влияние на динамику пучка начинает оказывать когерентные эффекты, связанные с полем излучения (включая эффект нагрузки током). В данной работе предложен эффективный метод учета нагрузки током для нерелятивистских пучков электронов и ионов в группирующей секции ускорителя на бегущей волне. Дается описание специальных алгоритмов и программы для расчета на персональном компьютере трехмерной самосогласованной динамики пучка в группирователе.
А. В. ВОРОНКОВ, Э. С. МАСУНОВ, С. М. ПОЛОЗОВ, П. Р. САФИКАНОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ВВОДА
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
В РЕЗОНАТОРЫ Н-ТИПА
При ускорении интенсивных ионных пучков часто требуется подавать на электроды резонатора (обычно это резонатор Н-типа) не только высокочастотный, но и электростатический потенциал. Это необходимо как для повышения эффективности фокусировки пучка при низких энергиях, так, например, и для подавления мультипакторного разряда. Работы по таким системам проводятся в МИФИ, ХФТИ и других научных центрах. В данной работе рассматриваются некоторые особенности конструкций системы ввода электростатического потенциала в двойной Н-резонатор и двухкамерный Н-резонатор, а также проводится сравнение эффективности применения различных конструкций.
Э. С. МАСУНОВ, А. В. САМОШИН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
численное моделирование динамики ИОННОГО
пучка в СВЕРХПРОВОДЯЩЕМ ЛИНЕЙНОМ УСКОРИТЕЛЕ
Сверхпроводящий линейный ускоритель основан на периодической системе из независимо фазируемых, идентичных, коротких резонаторов. Расчет динамики пучка в таком ускорителе в общем случае представляет сложную многопараметрическую задачу. Из-за нарушения условий синхронизма между скоростью пучка и фазовой скоростью ускоряющей гармоники высокочастотного поля всегда возникает скольжение частиц относительно ускоряющей волны. В работе предложен эффективный метод расчета динамики многозарядных ионов в широком диапазоне спектра масс с использованием специально разработанной программы. Обсуждаются результаты численного моделирования. Предложен конкретный вариант начального участка ускорителя RIA, где скорости частиц меняются от 0.01с до 0.06с для всех типов ионных пучков с величиной Z/A=1/66.
Э. С. МАСУНОВ, А. С. ПЛАСТУН, А. В. САМОШИН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
методы усреднения и исследование фокусировки ионного пучка в сверхпроводящем ускорителе
Расчет динамики пучка тяжелых ионов в сверхпроводящем ускорителе, состоящем из периодической последовательности независимо фазируемых резонаторов, обычно можно выполнить только с помощью численного моделирования. Для оптимизации параметров ускорителя и аналитического исследования динамики частиц предложено использовать гладкое приближение. Рассматривается два возможных метода усреднения по быстрым осцилляциям, которые позволяют получить уравнение движения в гамильтоновой форме. Найдены условия устойчивости движения ионного пучка. Проведено сравнение результатов расчета динамики частиц и аксептанса ускоряющего канала с использованием предложенных методов усреднения.
, ,
,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Модифицированный вариант программы «DYMAS»
Модифицирована программа «DYMAS», предназначенная для моделирования динамики пучков заряженных частиц в поле магнитного сферического диполя. В модифицированном варианте программы возможно моделирование самосогласованной динамики пучков, собственное поле которых учитывалось с помощью эллипсоидальной модели. Кроме того, программа оснащена сервисом, позволяющим в любой момент останавливать динамическое изображение движущегося сгустка пучка и поворачивать это изображение, что существенно облегчает исследования динамики. С помощью этой программы можно получать как траектории отдельных частиц, так и огибающие пучка. Кроме того, в этой программе есть возможность моделирования многокомпонентных пучков, состоящих из разных сортов ионов.
, ,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Динамика сильноточных пучков
в поле магнитного сферического диполя
С помощью модифицированной версии программы «DYMAS» исследована самосогласованная динамика сильноточных электронных и ионных пучков в поле магнитного сферического диполя. Результаты моделирования динамики позволили выявить ее особенности и, в частности, найти связи между стартовыми параметрами пучков, а также длиной проходимого ими пути, и величиной их тока, начиная с которого влияние собственного поля пучка на его динамику становится существенным. В частности, из результатов моделирования следует, что благодаря специфике движения зарядов в поле магнитного сферического диполя можно подобрать такие начальные условия, при которых сохраняются небольшие поперечные размеры пучка.
, ,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Динамика зондирующих пучков
Исследованы возможности зондирования околоземного пространства пучками заряженных частиц, сформированных из электронов и ионов. Рассмотрены разные варианты зондирования, отличающиеся начальными условиями и типом пучков. Установлено, что при определенных начальных условиях пучки возвращаются на инжектор, сохраняя компактные размеры. Это позволяет по характеристикам вернувшихся пучков регистрировать встретившиеся им на пути объекты и определять параметры движения последних. Подобное зондирование может осуществляться на значительных расстояниях. Особенно следует отметить тот факт, что возможны такие начальные условия комбинированных зондирующих пучков, при которых траектории их компонент будут совпадать.
, ,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Взаимодействие зондирующих пучков
с радиационными поясами Земли
Исследованы механизмы взаимодействия пучков заряженных частиц, зондирующих околоземное пространство, с радиационными поясами Земли. Выявлен эффект захвата зондирующим пучком зарядов радиационного пояса, которые по сложным траекториям дрейфуют вдоль зондирующего пучка. Характер этого дрейфа различен для электронов и протонов. Полученные результаты позволяют учитывать влияние радиационных поясов Земли на точность измерений, осуществляемых с помощью зондирующих пучков. В свете уже полученных результатов, особый интерес должен представлять комбинированный зондирующий пучок с одинаковыми траекториями его компонент, взаимодействие которого с радиационными поясами будет существенно ослаблено.
Б. Ю. БОГДАНОВИЧ, В. П. ЗУБОВСКИЙ, В. В. КАПИН,
А. В. НЕСТЕРОВИЧ, А. Н. ПУЧКОВ, В. Н. СОЛОВЬЁВ, В. В. ЯНЕНКО
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ВЫХОДНАЯ СИСТЕМА
И МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ИОННЫЙ ИСТОЧНИК
ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ПРОТОНОВ НА ЭНЕРГИЮ 2 МЭВ
Протонный линейный ускоритель с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ) с частотой ускоряющего поля 150 МГц и выходной энергией протонов 2 МэВ установлен в Радиационно-Ускорительном Центре (РУЦ) Московского инженерно-физического института (МИФИ). В докладе представлены конструкции, параметры и результаты измерений для модифицированного ионного источника и следующих устройств выходной системы: а) дублета сеточных электростатических фокусирующих линз; б) 7-зазорного пост-ускорящего Н-резонатора; в) С-образного магнитного спектрометра с вертикальным магнитным полем. Электронно-оптические свойства выходной системы моделировались с помощью кода TRACE-3D.
Б. Ю. БОГДАНОВИЧ, В. В. КАПИН, А. В. НЕСТЕРОВИЧ, А. Н. ПУЧКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МЕТОДИКА РАСЧЁТА ДИНАМИКИ ИОНОВ
В РЕАЛЬНОМ ТРЁХМЕРНОМ ПОЛЕ СЕКТОРНОГО МАГНИТА
Измерение спектра и средней энергии ускоренных протонов линейного ускорителя с энергиями более 2 МэВ, установленного в Радиационно-Ускорительном Центре (РУЦ) МИФИ будет осуществляться с помощью С-образного секторного магнита. В докладе представлена методика расчёта динамики ионов в реальном трёхмерном поле секторного магнита, причём компоненты магнитного поля определяются из данных измерения топографии магнитного поля в медианной плоскости магнита. Для устранения нефизических эффектов ошибок измерений применяется процедура «сглаживания» компонент магнитного поля. Смоделированные траектории протонов позволили определить электронно-оптические свойства секторного магнита и показали их удовлетворительное согласие со свойствами, предсказываемыми в рамках линейной теории. Также представлены расчётные траектории частиц различных энергий.
В. А. СЕНЮКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
НАГРУЗКА ТОКОМ В УСКОРЯЮЩИХ СИСТЕМАХ
С КОМПРЕССИЕЙ ЭНЕРГИИ
НА ОСНОВЕ СВЯЗАННЫХ РЕЗОНАТОРОВ
Рассмотрено влияние нагрузки током на параметры ускоряющего поля и характеристики ускоренного пучка в ускоряющих системах, образованных системой связанных резонаторов: высокодобротного накопительного резонатора и резонатора с бегущими волнами, элементом которого является ускоряющая секция. Разработана математическая модель, описывающая процессы, происходящие в системе связанных резонаторов при передаче энергии из накопительного резонатора в ускоряющую секцию с учетом полей излучения ускоряемого пучка. Приведены результаты численных расчетов напряженности ускоряющего поля в ускоряющей секции с учетом влияния нагрузки током и параметры ускоренного пучка на выходе секции в зависимости от параметров пучка, ускоряющей секции и накопительного резонатора.
Б. Ю. БОГДАНОВИЧ, А. В. НЕСТЕРОВИЧ, А. Е. ШИКАНОВ,
Н. А. БЕРДОНОСОВА1, А. В. ИЛЬИНСКИЙ1, Е. К. КОЦАРЕВА1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Институт геофизических и радиационных технологий
Международной Академии Наук Высшей Школы, Москва
один из аспектов применения
импульсного генератора нейтронов
в нефтедобывающей отрасли
Данная методика основана на сопоставлении данных измерений c импульсным нейтронным генератором и бокового каротажа для выделения обводненных нефтеносных пластов. Она позволяет определять пласты обводнения по сопоставлению данных, полученных во время строительства скважины и при последующем ее освоении. Одним из преимуществ этого способа является то, что точность оценки интервалов обводнения пласта и положение водонефтяного контакта не зависит от минерализации пластовой и нагнетательной воды. Второе преимущество – это наглядность, т. к. кривые сопоставляются непрерывно в значительном интервале.
В. А. ВОРОНЦОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГРУППИРОВАТЕЛЯ
ИНТЕРАКТИВНЫМ МЕТОДОМ
В работе рассматривается применение интерактивного метода для оптимизации ширины энергетического спектра и коэффициента захвата в зависимости от длины электронного и протонного группирователей, амплитуды ускоряющей гармоники и коэффициента монотонного убывания фазы синхронной частицы. Моделью продольного движения частиц служила адиабатическая одномерная модель с малыми продольными колебаниями частиц относительно синхронной частицы. В качестве одного из результатов было получение аналитических зависимостей энергии и фазы частиц от продольной координаты. В целом показана достаточно высокая эффективность интерактивного метода и возможность быстрого достижения обучаемости оператора в качестве навигатора.
