М. А. ГУСАРОВА, С. В. КУЦАЕВ, Р. О. БОЛГОВ, И. В. ИСАЕВ

Научный руководитель – Н. П. СОБЕНИН, д. т.н., профессор
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ТРЕХМЕРНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ МУЛЬТИПАКТОРНОГО РАЗРЯДА
В СВЧ-УСТРОЙСТВАХ УСКОРИТЕЛЕЙ
ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Представлены новые возможности программы трехмерного моделирования мультипакторного разряда MultP-M, предназначенной для моделирования мультипакторного разряда в СВЧ-устройствах ускорителей заряженных частиц.

При конструировании СВЧ-устройств, используемых в ускорителях заряженных частиц важно учитывать все факторы, которые могут нарушить нормальный режим работы ускорителя. Одним из таких факторов является мультипакторный разряд, представляющий собой вакуумный разряд в микроволновых устройствах, в основе которого лежит явление вторичной электронной эмиссии [1]. Для решения проблемы оптимального выбора СВЧ-структур свободных от мультипакторного разряда в МИФИ на кафедре «Электрофизических установок» разработана программа трехмерного моделирования мультипакторного разряда в СВЧ-устройствах ускорителей заряженных частиц.

На первом этапе разработки был создан и протестирован основной модуль расчета, позволяющий проводить полное трехмерное исследование СВЧ-структур в режимах бегущей и стоячей волны [2]. Отображение графических результатов было организовано в виде проекций. Следующим этапом разработки стало создание трехмерной графики, позволяющей увидеть наиболее реалистичную картину процесса происходящего в структуре. Для создания трехмерной графики на платформе Windows была применена библиотека OpenGL. На рис. 1 на примере круглого диафрагмированного волновода представлен пример отображения распределения поля и траектории движения электрона в круглом диафрагмированном волноводе в 3D интерфейсе MultP-M.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рис. 1. MultP-M: Пример отображения распределения поля и траектории
движения электрона

Наряду с разработкой трехмерного графического интерфейса, проводилась работа по созданию модуля, позволяющего учитывать влияние внешнего электрического смещения на развитие мультипакторного разряда. Применение внешнего электрического смещения является одним из методов подавления мультипакторного разряда в коаксиальных линиях.

С использованием разработанного модуля проведено исследование влияния внешнего электрического смещения на развитие мультипакторного разряда в коаксиальной линии «теплой» части ввода большой средней мощности (Rвнешний=31мм, Rвнутр.=14.4мм) в сверхпроводящие ускоряющие резонаторы ускорителя с рекуперацией энергии [3]. На рис.2 показаны полученные зависимости увеличения числа электронов в структуре от передаваемой мощности при различных значениях потенциала, поданного на центральный проводник коаксиальной линии. Единица нормированной мощности соответствует 33 МВт.

0 В

3kV

4kV

Рис. 2. Графики зависимости увеличения числа частиц в коаксиальной
линии при подаче потенциала на центральный проводник

Показано, что применение внешнего электрического смещения порядка 3-4 кВ позволяет избежать развития мультипакторного разряда вплоть до 250 кВт передаваемой мощности, что полностью перекрывает рабочий диапазон данного устройства.

Список литературы

1.  Процессы при высоком напряжении в вакууме. М. Энергоатомиздат, 1986.

2.  , В, Лалаян программы MultP для решения трехмерных задач // Сборник научных трудов научной сессии МИФИ, V конференция научно-образовательного центра “Фундаментальные исследования материи в экстремальных состояниях”. М.: МИФИ, 2007. С. 51-53.

3.  , , Собенин ввода большой средней мощности в сверхпроводящие резонаторы ускорителей заряженных частиц // Приборы и техника эксперимента, 2007, №1, C.29-37