Вывод волн высших типов из цепочек резонаторов с помощью волноводов

Я. В. ШАШКОВ

Научный руководитель – Н. П. СОБЕНИН, д. т.н., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»,

ВЫВОД ВОЛН ВЫСШИХ ТИПОВ ИЗ ЦЕПОЧЕК РЕЗОНАТОРОВ С ПОМОЩЬЮ ВОЛНОВОДОВ

В настоящее время в Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN) идет работа над проектом, нацеленным на повышение светимости Большого адронного коллайдера(БАК). В рамках проекта предполагается использование гармонических сверхпроводящих резонаторов, работающих на частоте кратной ускоряющей гармонике, для изменения длины циркулирующего пучка. В данной статье рассматривается методика вывода волн высших типов (ВВТ), запертых между резонаторами, с помощью прямоугольных волноводов.

В рамках проекта повышения светимости БАК предполагается использование гармонических резонаторов, работающих на на частоте 800 МГц, применение которых необходимо для изменения длины пучка.

Рис 1. Общий вид структуры с волноводами

При разработке сверхпроводящих резонаторов одной из наиболее важных задач является обеспечение демпфирования ВВТ в данной структуре[1], так как они могут привести к увеличению продольного и поперечного эмиттанса пучка, различным нестабильностям и т. д.  [2]. Для данного резонатора было предложено несколько методик демпфирования, которые подробно описаны в [3]. В частности был предложен вариант, в котором два резонатора соединены трубкой дрейфа малого радиуса, а ВВТ выводятся по трубкам дрейфа большего радиуса, расположенными по краям цепочки. Однако при увеличении числа резонаторов возникает проблема демпфирования ВВТ, запертых между резонаторами. Для их вывода  предложена конфигурация, изображенная на рис. 1.

Рис 2. Поперечный наведенный потенциал(слева) и продольный импеданс (справа)

Рис 3. Общий вид цепочки из четырех резонаторов с волноводами

Результаты расчета наведенного потенциала и продольного эмиттанса приведены на рис 2. Из графика наведенного потенциала видно, что он спадает до нуля при расстоянии между пучками в 15 м, а на графике продольного импеданса отсутствуют пики соответствующие ВВТ с добротностью больше 100. С целью уменьшения числа переходов между «холодной» и «теплой» частью криомодуля, было решено исследовать вариант с четырьмя резонаторами объединенными в одну цепочку (Рис 3.). Результаты расчета наведенного потенциала и продольного эмиттанса для этой структуры приведены на рис 4. Из графика наведенного потенциала видно, что он спадает до нуля при расстоянии между пучками в 15 м, а на графике продольного импеданса отсутствуют пики соответствующие ВВТ с добротностью больше 100. Таким образом эффективность данного способа демпфирования сопоставим для с демпфированием в случая с двумя резонаторами.

Рис 4: Поперечный наведенный потенциал (сверху) и продольный импеданс (снизу)

Список литературы

Padamsee H. et al. Accelerating Cavity Development for the Cornell B-Factory, CESR-B.. Accelerator Science and Technology. vol. 2,  786 – 788, 1991

2. , , Собенин типы волн в элементах ускоряющих структур. М.: МИФИ, 2002.

3. Ya. Shashkov et al, Comparison of higher order modes damping techniques for 800 MHz single cell superconducting cavities, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 767, (2014), pp 271–280