Международная телекоммуникатсионная конферентсия Молодеж и наука Ч.2 2015

Ускорительная техника, физика пучков…

Рис. 2. Геометрия резонатора БУС

Макет ГУМ, состоящий из резонатора – генератора и одной ячейки БУС изображен на рис. 3. На рис. 4 приведена картина распределения поля на оси БУС, картина распределения поля по оси трубки дрейфа приведена на рис 5.

В таблице 2 приведены максимально полученные значения параметра

k.

Таблица 2.Размеры щелей связи и параметра k

Список литературы

1. Фрейдович, И.А., Балабанов, А.К., Акимов, П.И., Комаров, Д.А., Коннов, А.В., Мельничук, Г.В., et al. (2014). Перспективы развития многолучевых клистронов. Электроника и микроэлектроника СВЧ , 25-31.

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

Р.Ю. АЛЕХАНОВ, Е.А. САВИН Научный руководитель – Н.П. СОБЕНИН, д.т.н., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

КОМБИНИРОВАННЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ, СОСТОЯЩИЙ ИЗ КРУГЛОГО ДИАФРАГМИРОВАННОГО ВОЛНОВОДА

И БИПЕРИОДИЧЕСКОЙ УСКОРЯЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ

Рассчитан линейный ускоритель электронов, состоящий из группирователя в виде бипериодической ускоряющей структуры (БУС) [1] и круглого диафрагмированного волновода (КДВ). Смоделирована высоковольтная электронная пушка [2]. Проведены расчеты геометрий трех ячеек группирующей секции и напряженностей электрического поля в них. Рассчитана геометрия ускоряющей секции и ввода высокочастотной мощности.

Известна разработка гибридного ускорителя [3], состоящего из одной ячейки и КДВ. Рассматриваемая схема гибридного ускорителя состоит из трех ячеек БУС и КДВ (рис.1). Основные параметры ускорителя представлены в таблице 1.

Рис. 1. Схема ускорителя

Таблица 1. Параметры ускорителя

(рис. 2).

_______________________________________________________________________

92 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Ускорительная техника, физика пучков…

Рис. 2. Электронная пушка ЭП-8

На рисунке 3 и 4 изображены энергетический спектр в конце ускоряющей секции, а также поперечное распределение сгустка в конце секции соответственно.

В таблицу 2 занесены выходные параметры пучка.

Таблица. 2 Параметры пучка

Список литературы

1.Б.В.Зверев, Н.П.Собенин, Электродинамические характеристики ускоряющих резонаторов, Энергоатомиздат, 1993г.

2.Е.А. Савин, С.В. Мациевский, оптимизация трехэлектродной пушки с пониженным потенциалом на аноде, 18-я Международная телекоммуникационная конференция молодых ученых и студентов «Молодежь и наука», Москва, стр. 67.

3.M. Hüning et al., “An Electron Linac Injector with aHybrid Buncher Structure”, LINAC’10,

Tsukuba,Japan, September 2010, p. 55, 2010.

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

О.А. ТАЦЮК Научный руководитель – С.М. ПОЛОЗОВ, к.ф.-м.н., доцент

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

МОДЕЛИРОВАНИЕ УСКОРЯЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ ОНДУЛЯТОРНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЛЕНТОЧНЫХ ИОННЫХ ПУЧКОВ

Одной из главных проблем при работе с интенсивными ионными пучками низких энергий является сильное влияние поля объёмного заряда пучка, и, как следствие, трудности с поперечной фокусировкой пучка. При использовании пучка круглого сечения его ток ограничен невозможностью бесконечно увеличивать погонную плотность объёмного заряда в пучке. Альтернативой являются ленточные пучки, у которых один размер много больше другого. Для группировки и ускорения ленточных пучков с большим поперечным сечением на малые энергии целесообразно использовать линейные ондуляторные ускорители (ЛОУ) с высокочастотным или электростатическим ондулятором [1]. Предельный ток пучка в ЛОУ с высокочастотным ондулятором может быть увеличен вдвое по сравнению с действующими ускорителями с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ) [2].

Была рассмотрена электродинамическая модель ускоряющей структуры ЛОУ с ВЧ ондулятором, состоящая из трубок дрейфа эллипсоидной формы одинаковой длины, закрепленных к пилонам с помощью ножек (Рис. 1). Модель построена с использованием пакета CST Studio Suite. В структуре возбуждается низшая мода H111 на виде колебаний π. Период по полю (удвоенное расстояние между серединами двух соседних трубок дрейфа) определяется исходя из рабочей частоты 150 МГц и относительной скорости частиц β = 0,02, и равен 40 мм.

Рис. 1. Модель ускоряющей структуры ЛОУ

_______________________________________________________________________

94 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Ускорительная техника, физика пучков…

Проведено численное моделирование ускоряющей структуры длиной в один период по полю с продольными периодическими граничными условиями. Геометрические размеры выбраны исходя из соображений технологической простоты изготовления, а также необходимости настройки структуры на частоту 150 МГц для низшей моды (Таблица 1). Полученное значение частоты низшей моды равно 150,1 МГц, добротность структуры равна 4810, а эффективное шунтовое сопротивление структуры длиной в один период по полю равно 3,9 МОм.

Таблица 1 – Основные геометрические размеры ускоряющей структуры ЛОУ ионных ленточных пучков длиной в 1 период по полю

Распределение электрического поля в середине зазора между соседними трубками дрейфа на прямых (0; y) и (x; 0) показано на Рис. 2.

Рис. 2. Распределение электрического поля в середине зазора между соседними трубками дрейфа на прямых (0; y) (слева) и (x; 0) (справа)

Список литературы

1.E.S. Masunov, S.M. Polozov, High intensity ion beams in RF undulator linac, Phys. Rev. ST AB, 074201, 2008.

2.И.М. Капчинский, Теория линейных резонансных ускорителей, Атомиздат, 1982.

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

Д.В. СУРКОВ Научные руководители – М.В. МАЦИЕВСКИЙ, аспирант

М.А. ГУСАРОВА, к.т.н., доцент

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ПРОГРАММА РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ НА ЯЗЫКЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ R

СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАКЕТА SHINY

Входе инженерных расчетов достаточно часто требуется производить вычисления, которые, по своей сути, являются рутинными, то есть производятся по одному и тому-же алгоритму. Для проведения таких расчётов удобно писать компьютерные программы. Если такое приложение при этом является часто используемым, то желательно дополнить его удобным пользовательским интерфейсом. Если программа к тому-же не требует большой вычислительной мощности, удобно оформить её в виде веб-приложения.

Рис. 1. Схема связки "клиент-сервер"

Веб-приложения – программы, оперирующие по принципу «клиентсервер», где ввод и вывод данных происходит на стороне клиента при помощи веб-браузера, а расчёты производятся на удалённом сервере (Рис. 1). Передача данных между клиентом и сервером осуществляется посредством протокола TCP-IP. К основным преимуществам данного подхода можно отнести удобство использования и кроссплатформенность. Это обеспечивается тем, что с устройства пользователя происходит только ввод и вывод данных посредством веб-браузера, и установка дополнительного программного обеспечения не требуется. Работа с приложением может осуществляться вне зависимости типа используемого браузера и

_______________________________________________________________________

96 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Ускорительная техника, физика пучков…

платформы удаленной машины. Кроме того, приложение на сервере может обслуживать большое количество клиентов одновременно.

Вданной работе представлена программа, написанная на языке программирования R. Для создания интерфейса был использован пакет shiny. Одна из вкладок программы представлена на рисунке 2.

Впрограмме реализованы следующие возможности:

-интерактивный вывод данных параметров автоэлектронной эмиссии в соответствии с заданными параметрами материала его поверхности;

-включение или отключение учёта эффекта Шоттки;

-контроль расчётной области и маркера может осуществляться при помощи панели управления или непосредственно в области вывода данных при помощи указателя мыши;

-оценка требуемой СВЧ мощности резонатора, оперирующего на

волне E010, для достижения заданных параметров автоэлектронной эмиссии с его поверхности.

Программа установлена на локальном сервере лаборатории и активно используется для расчётов параметров автоэмиссионных катодов и пушек, а также в качестве наглядного пособия в курсе Физическая электроника.

Список литературы

1.Райзер Ю.П. Физика газового разряда, г. Москва, издательство "Наука", 1987г.

2.http://shiny.rstudio.com

3.https://github.com

4.https://stackoverflow.com

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

А.И. ОРЛОВ, Я.В. ШАШКОВ Научный руководитель – Н.П. СОБЕНИН, д.т.н., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ШУНТОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В УСКОРЯЮЩИХ СТРУКТУРАХ

Одной из важнейших задач при разработке ускорителей является исследование электродинамических характеристик (ЭДХ) волн высшего типа (ВВТ). Наличие ВВТ в ускоряющих структурах может привести к различным нестабильностям пучка заряженных частиц, его рассеиванию и обрыву тока пучка. Для автоматизации процесса вычисления шунтового сопротивления ВВТ был написан макрос на языке Visual Basic for Applications.

Рис. 1. Прямые для интегрирования полей в цилиндрическом резонаторе

К числу важных ЭДХ показывающих эффективность ускоряющих структур относится погонное продольное (1) и погонное поперечное (2) шунтовое сопротивление [1].

_______________________________________________________________________

98 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Ускорительная техника, физика пучков…

где – продольное волновое число, Ez – продольная компонента электрического поля на оси ускоряющей структуры, Pпот – мощность потерь в структуре, r – поперечная координата смещения относительно центральной оси, l – длина структуры.

Особый интерес представляет выражение отношения шунтового сопротивления к добротности Q. Обычно для расчета данных характеристик используется программа CST Microwave Studio. Однако базовый набор функций этой программы не позволяет рассчитывать поперечное шунтовое сопротивление, в связи с чем приходится использовать сторонние приложения для обработки полученных результатов. В связи с этим на языке Visual Basic for Applications был написан макрос, позволяющий провести расчёт поперечного шунтового сопротивления средствами CST. Представлен выбор оси, расположения, длин и количества прямых для интегрирования полей (рис.1). Возможно задание нужного диапазона мод и шага интегрирования для расчёта R/Q.

Тестирование данного макроса проводилось на цилиндрическом резонаторе на волне Е110 (рис.1). Результаты приведены на рисунке 2.

Рис. 2. Карта высот, показывающая значения R/Q при разных положениях прямых интегрирования на волне Е110

Список литературы

1. Н.П. Собенин О.С. Милованов, Техника сверхвысоких частот,2-ое изд., Энергоатомиздат,2007г

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

А.В БУЛАНОВ, А.И. ОРЛОВ, Г.С ПОМОГАЙБО

Научные руководители – А.В БУТЕНКО1, к.т.н. А.О СИДОРИН1, к.ф.-м.н.

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 1Объединенный институт ядерных исследований, Дубна

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАНАЛА ТРАНСПОРТИРОВКИ ПУЧКА ИЗ ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ЛУТИ

ВНУКЛОРОН ДЛЯ ПРОЕКТА NICA

ВЛФВЭ ОИЯИ, г. Дубна реализуется крупный ускорительный проект NICA.

Врамках проекта создается новый линейный ускоритель тяжелых ионов (ЛУТИ), инжектор для проектируемого кольца бустера Нуклотрона. Поскольку запуск кольца бустера планируется на 2018 год, существует необходимость использовать ЛУТИ в качестве инжектора Нуклотрона. Это позволит производить отладку основных систем нового ускорителя, а также ускорять пучки тяжелых ионов низкой интенсивности в Нуклотроне. Для решения этой задачи необходимо построить канал транспортировки пучка.

Рис. 2. План соединения Нуклотрона, ЛУ-20 и ЛУТИ

Основным ограничением при проектрировании канала, изображенного на рисунке 2, являются поворотные магниты (A,B,D), так как для них сущетсвует технический предел по углу поворота – 300. Задача осложняется тем, что канал имеет сложную геометрию причем вход и выход канала расположен в разных плоскостях (перепад высот ~4,2 м). В работе производилась оптимизация углов поворотных магнитов в пространстве. Важно отметить, что в канале транспортировки необходимо

_______________________________________________________________________

100 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»