Резонансный высокочастотный разряд в устройстве ввода мощности в сверхпроводящие резонаторы

М. А. ЕГОРОВ, А. А. Завадцев1, В. И. КАМИНСКИЙ,
Н. П. СОБЕНИН

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

1ООО “ИНТРОСКАН”, Москва

РЕЗОНАНСНЫЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ РАЗРЯД

В УСТРОЙСТВЕ ВВОДА МОЩНОСТИ

В СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ РЕЗОНАТОРЫ

Проведены результаты моделирования движения вторичных электронов в элементах узла ввода средней ВЧ мощности до 75 кВт в сверхпроводящие резонаторы линейного ускорителя электронов с рекуперацией энергии.

Развитие резонансного высокочастотного разряда (мультипактора) приводит к ряду нежелательных последствий, прежде всего, к уменьшению градиента ускоряющего поля структуры, к выходу части ускоряющей секции из сверхпроводящего состояния из-за квенча. С целью определения вероятности этих процессов анализируется число вторичных электронов, полное число электронов и средняя энергия электронов, выживших после соударений. Производя расчет высокочастотного разряда для различных фиксированных уровней мощности, частоты и различных коэффициентах отражения, можно получить необходимые для анализа сведения в различных зонах мультипакции.

Проводилось моделирование движения вторичных электронов с энергией вылета 3 эВ в элементах узла ввода высокочастотной мощности типа TESLA Test Facility III. Ввод мощности выполнен в виде двух вакуумно-прочных переходов с керамическими окнами: 1) прямоугольного волновода на коаксиальную линию и 2) коаксиальной линии на коаксиальную линию другого сечения. Переходы механически соединены сильфоном.

Первое окно, «теплое», отделяет объем, находящийся при атмосферном давлении от объема, находящегося при среднем уровне вакуума, второе окно, «холодное», находится в криостате, и отделяет объемы со средним и глубоким вакуумом. «Холодное» окно представляет собой аксиально-симметричную структуру, возбуждаемую коаксиальной линией на основном типе волны. Расчеты проводились по программе multipac 2.1 [1]. На рис. 1 и 2 приведены результаты расчета числа вторичных электронов после 15 соударений и средней энергии электронов в функции ВЧ мощности для коаксиальной линии (из меди) узла ввода мощности. На рис. 3 и 4 изображены зависимости полного числа электронов и средней энергии, приобретенной электронами, при отсутствии отражений в функции входной ВЧ мощности для “холодного” окна (из керамики Al2O3).

Расчеты показывают, что для рассмотренного ввода мощности существует бесконечно много зон мультипакции, причем зонам большего порядка мультипактора соответствуют меньшие значения мощности. Зоны большего порядка имеют меньшую ширину, а следовательно и разрушаются при меньшем значении нестабильности частоты и мощности. Развитие мультипактора в каждой конкретной зоне будет происходить лишь в том случае, если коэффициент вторичной электронной эмиссии соответствующей зоне поверхности будет большим единицы для набранной электроном энергии. Указанный коэффициент зависит от типа материала и свойств его поверхности. Проведенные расчеты по резонансному электронному разряду носят оценочный характер и в первом приближении указывают на отсутствие опасности развития этого разряда при средней СВЧ мощности 75-250 кВт.

Рис. 1.	Рис. 2.
Рис. 3.	Рис. 4.

Работа выполнена при поддержке гранта CRDF # MO-011-0.

Список литературы

1 E. Somersalo, P. Yl¨a–Oijala, D. Proch. ANALYSIS OF MULTIPACTING IN COAXIAL LINES, PAC-95, 1995.