Международная телекоммуникатсионная конферентсия Молодеж и наука Ч.2 2015

Ускорительная техника, физика пучков…

Табл. 1. Результаты измерений частоты и добротности.

Опираясь на полученные разности в добротностях и частотах методом подбора определены значения тангенса угла диэлектрических потерь исследуемых образцов сапфира:

Табл. 2. Полученные характеристики образцов сапфира.

Как видно из сводной Табл. 2, экспериментально полученные значения тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость исследуемых образцов сапфира хорошо сходятся с теоритическими данными. Так же на основе полученных результатов, можно сделать вывод, что образцы являются очень качественными с точки зрения чистоты объема материала и техники изготовления.

Список литературы

1.http://www.cst.com // CST Studio Suite User Manual

2.“Sapphire: Material, Manufacturing, Applications”// E.R. Dobrovinskaya, L. A. Lytvynov,

стр. 116-117

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

Д.С. БАЗЫЛЬ, А.И. ОРЛОВ, Я.В. ШАШКОВ Научный руководитель – Н.П. СОБЕНИН

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНОГО ШУНТОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ГАРМОНИЧЕСКОМ РЕЗОНАТОРЕ

В рамках проекта повышения светимости Большого Адронного Коллайдера [1] ведутся работы по гармоническому резонатору. В статье приводятся результаты расчета поперечного шунтового сопротивления волн высшего типа (ВВТ) H111 и

E110.

Шунтовое сопротивление – это отношение ускоряющего электрического поля к потерям ВЧ мощности в ускоряющей структуре [2]. Поперечное шунтовое сопротивление, является индикатором потенциально опасных ВВТ в ускоряющих структурах. Существует два метода вычисления эффективных погонных поперечных шунтовых сопротивлений (далее )[3]:

1)По теореме Панофски-Вензеля, можно вычислить, используя следующее соотношение:

электрического поля, Pпот – мощность потерь в структуре, r – поперечная координата смещения относительно центральной оси, l – длина структуры.

2) Метод прямого интегрирования Второй метод основывается на вычислении поперечных осевых состав-

ляющих электрического и магнитного поля и описывается формулой[3]:

(2)

Где c – скорость света, µ0 – магнитная постоянная, Ey – поперечная осевая составляющая электрического поля, Hx – поперечная осевая составляющая магнитного поля.

_______________________________________________________________________

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

Ускорительная техника, физика пучков…

На Рис. 1 приведена геометрия рассматриваемой структуры:

Рис. 1. Геометрия эллиптической ячейки гармонического резонатора

В Табл. 1 приводятся основные электродинамические характеристики ВВТ, а так же результаты расчета поперечного шунтового сопротивления двумя методами.

Анализируя полученные значения можно сделать вывод, что оба

метода практически сходятся.

Список литературы

1.L.Rossi, LHC upgrade plans:options and strategy, IPAC2011, p.908.

2.“Техника сверхвысоких частот” // О.С. Милованов, Н.П. Собенин,

3.А.Ю.Смирнов, Н.П.Собенин и др. Высокочастотные дефлекторы для диагностики пучков заряженных частиц. М.НИЯУ МИФИ, 2014

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

Д.В. СУРКОВ Научные руководители – М.А. ГУСАРОВА, к.т.н., доцент

С.В. МАЦИЕВСКИЙ, аспирант

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

АВТОЭМИССИОННЫЙ ЭМИТТЕР ДЛЯ МНОГОПУЧКОВОГО РЕЗОНАТОРА-ГЕНЕРАТОРА

В S-ЧАСТОТНОМ ДИАПАЗОНЕ

Рассмотрены вопросы выбора физической модели эмиссионных процессов при моделировании автоэмиттеров для многопучкового резонатора-генератора в S- частотном диапазоне.

Автоэмиссионные эмиттеры на основе углеродных микро- и наноразмерных структур, позволяющие получать направленные потоки электронов при относительно невысоких значениях электрического поля и температуры, представляют существенный интерес при разработке электронных пушек генераторов СВЧ-мощности и ускорителей заряженных частиц. В этой связи рассматривается вопрос применения автоэлектронного эмиттера для многопучкового резонатора-генератора в s-диапазоне. В ходе моделирования необходимо выбрать эмиссионную модель эмиттера.

Наиболее известными и хорошо изученными структурами автоэмиссионных эмиттеров являются углеродные микроструктуры. Стандартная модель автоэлектронной эмиссии описывается уравнением Фау- лера-Нордгейма, которая используется при моделировании автоэмиссионных процессов в программе трёхмерного моделирования CST PS.

j=AE2exp(-b/E) (1)

Коэффициенты a и b в уравнении (1) являются параметрами материала катода и подвержены эффекту Шоттки, снижающему работу выхода материала при приложении внешнего электрического поля.

Для моделирования автоэмиссии с микроразмерных структур используются табличные значения параметров материалов. Однако, при моделировании устройства с использованием таких катодов, непосредственное решение уравнения Фаулера-Нордгейма не представляется возможным. В таком случае требуется использовать вольт-амперную характеристику катода.

Было произведено сравнение вольт-амперных характеристик микро- и наноразмерных структур (рис.1 сверху и снизу соответственно).

_______________________________________________________________________

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

Ускорительная техника, физика пучков…

Видно, что использование наноструктур выгодно, т.к. тот же ток достигается при меньших значениях внешнего электрического поля.

Таким образом, для наноструктур следует использовать только экспериментальные ВАХ, и при расчёте в CST PS, исходя из них, подбирать коэффициенты, а и b.

Рис.1 Вольтамперные характеристики эмиттеров

Список литературы

1.Мациевский С.В., Савин Е.А. Оптимизация геометрии многопучкового резонаторагенератора для питания секции линейного ускорителя в S-частотном диапазоне. Конференция «Молодежь и наука».

2.Райзер Ю.П. Фищика газового разряда. Изд. Наука, 1987.

3.Смольникова Е.А. Диссертация «Исследование структурных и автоэмиссионных характеристик нанографитных холодых катодов». МГУ Москва 2015.

4.http://accelconf.web.cern.ch/ Experimental results of carbon nanotube cathodes inside RF environment.

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

Е.Р. ХАБИБУЛЛИНА Научный руководитель – Т.В. КУЛЕВОЙ, к.ф.-м.н.

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва

МОДЕРНИЗАЦИЯ КАНАЛА ТРАНСПОРТИРОВКИ ИОННОГО ПУЧКА Sn132 ОТ МАСС-СЕПАРАТОРА ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ (HRMS) ДО УСТРОЙСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЗАРЯДА ПЕРВИЧНОГО ПУЧКА

ДЛЯ ПРОЕКТА SPES

Рассмотрена модификация участка канала транспортировки пучка ионов Sn132 от масс-сепаратора высокого разрешения (HRMS) до устройства повышения заряда первичного пучка (Charge Breeder) с целью улучшения пропускной способности данного сорта частиц.

В Национальной Лаборатории Леньяро (LNL INFN) ведется строительство нового ускорительного комплекса для реализации проекта SPES по получению нейтронно-избыточных радиоактивных ионов [1].

Проведено моделирование динамики пучка в пакете TraceWin [2] с оп-

тимизированной конструкцией HRMS (High Resolution Mass Spectrometer)

с использованием электростатических дефлекторов, расположенных на входе и выходе прямолинейного канала структуры, являющийся соединительным звеном между HRMS и устройством повышения заряда первичного пучка на основе ЭЦР источника (далее источник) [3].

Рис. 1. Участок ускорительного комплекса от масс-сепаратора высокого разрешения (HRMS) до устройства повышения заряда первичного пучка, 1 – HRMS сепаратор, 2,4 – электростатический дефлектор, 3 – прямолинейный транспортный канал, 5 – ЭЦР источник

_______________________________________________________________________

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

Ускорительная техника, физика пучков…

По результатам моделирования разработан канал транспортировки, позволяющий провести однозарядный пучок Sn132 с незначительными потерями (0,35%), наблюдающиеся только в самом HRMS. Проведена работа по уменьшению дисперсии на рассматриваемом участке до приемлемых значений (±80м). Для проверки результатов было проведено согласование пучка на выходе транспортного канала с реальным распределением поля начальной структуры источника (рис.2 и 3).

Рис. 2. Огибающая пучка для канала транспортировки проходящего от масссепаратора высокого разрешения (HRMS) до ЭЦР источника

Рис. 3. Дисперсионная характеристика

Список литературы

1.A. Pisent, L. Bellan, M. Comunian, B. Chalykh, A. Russo, L. Calabretta Spes Beam Dynamics // Proceedings of HB2014, East-Lansing, MI, USA. С.220-225.

2.D. Uriot and N. Pichoff, “TraceWin”, CEA Saclay, June 2014.

3.M. Comunian, A. Palmieri, A. Pisent, C. Roncolato The new RFQ as RIB INJECTOR of the ALPI Linc , IPAC13, p 3812.

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

А.В. ЗИЯТДИНОВА Научный руководитель – Т.В. КУЛЕВОЙ, к.ф.-м.н.

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Институт теоретической и экспериментальной физики

ОПТИМИЗАЦИЯ УЧАСТКА ЛИНИИ ТРАНСПОРТИРОВКИ КОМПЛЕКСА SPES С УЧЕТОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПАРЫ ДВУХЗАЗОРНЫХ ГРУППИРОВАТЕЛЕЙ

Представлены результаты расчета динамики пучков заряженных частиц на участке от банчера до входа в ускоряющую структуру типа RFQ проекта SPES.

В Национальной Лаборатории Леньяро Национального Института Ядерной Физики в Италии развивается проект SPES (Selective Production of Exotic Species)[1]. SPES – это комплекс для производства пучков нейтрон-избыточных ядер высокой интенсивности и чистоты для проведения передовых. Радиоактивные пучки будут доускорены в сверхпроводящем линейном ускорителе ALPI (Acceleratore Lineare Per Ioni)[2]. В качестве начальной секции перед ALPI будет использоваться RFQ (Radio Frequency Quadrupole) структура. Для того чтобы увеличить коэффициент прохождения пучка в RFQ, перед ним планируется поставить double drift double buncher – система группировки пучка состоящая из двух двузазорных банчеров, работающих на частотах 5 МГц и 10 МГц. Данная работа была посвящена разработке канала транспортировки пучка 19+Sn132 от банчера до входа в RFQ структуру.

На рисунке 1 представлена конфигурация участка канала, для которого проводилось моделирование.

Задачи, поставленные для выполнения этой работы:

-нахождение оптимального расстояния между банчерами для максимально эффективной группировки пучка на входе в RFQ

-с помощью имеющихся оптических элементов обеспечить транспортировку пучка на данном участке без потерь, снизить дисперсию до нуля на входе в RFQ, и обеспечить согласование пучка с RFQ с учетом конструкционных особенностей зала

Основным методом решения данной задачи сало моделирование динамики пучка на заданном участке транспортной линии в пакете программ

TraceWin.

_______________________________________________________________________

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

Ускорительная техника, физика пучков…

Рисунок 1. Конфигурация канала от банчера до RFQ

На рисунке 2 представлены выходные параметры пучка.

Рисунок 2. Выходные параметры пучка

В ходе работы было проведено моделирование динамики пучка на заданном участке канала. Расстояние между банчерами выбиралось исходя из рекомендуемых в статье[4] и равно 1522 мм. Были подобраны локализация и значения магнитного поля фокусирующих элементов. Параметры пучка на входе в RFQ: εх=0.1119 мм.Пи.мрад, βх=0.0680 мм/Пи.мрад, αх=0.5139, εу=0.1118 мм.Пи.мрад, βу=0.0687 мм/Пи.мрад, αу=0.5219. Ко-

эффициент прохождения пучка 54,45%. Потери пучка на данном участке отсутствуют.

Список литературы

1.M. Comunian Physical design of the SPES facility// Radioactive Ion Beams and Facilities. Proceedings of HIAT 2012. TUC01. p. 136-142

2.M. Comunian, Beam dynamics of the linac LINAC ALPI-PIAVE in view of possible upgrades scenario for the SPES project //Proceedings of LINAC2012 ISBN 978-3-95450-122-9 TUPB032 p.546-548

3.A.Facco Il sistema di impulsamento per l'acceleratore Tandem //Linac dei Laboretori Nazionali di Legnaro LNL - INFN (REP) 024/89 p.4

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

И.Д. СОКОЛОВ, Е.А. САВИН, С.В. МАЦИЕВСКИЙ Научный руководитель – Н.П. СОБЕНИН, д.т.н., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

КОАКСИАЛЬНЫЙ МНОГОПУЧКОВЫЙ ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЗОНАТОР

Рассмотрены вопросы оптимизации геометрии генераторной части генератор- но-ускорительного модуля (ГУМ), представляющей собой коаксиальный резонатор с пролетными трубками. Рассмотрено влияние величины зазора между пролетными трубками на выходную ВЧ мощность. Для оптимального варианта приведены результаты настройки узла вывода ВЧ мощности.

Генераторная часть ГУМ представляет собой коаксиальный резонатор с шестью пролетными каналами, прототипом которого можно считать кольцевые резонаторы многопучковых клистронов, работающие на виде колебания E010.[1] Пролетные каналы в таких клистронах располагаются в один концентрический кольцевой ряд в области зазора взаимодействия [2]. Особенности устройства коаксиального многопучкового генераторного резонатора и его геометрические размеры представлены на рис.1, и в таблице 1.

Рис. 1. Геометрия резонатора генератора

Таблица 1. Геометрические размеры резонатора

Произведено исследование зависимости мощности выходного сигнала и КСВН от величины зазора между носиками пролётных трубок (g). При изменении этого размера частота модуляции пучков заряженных частиц должна соответствовать резонансной частоте резонатора (рис.2), поэтому

_______________________________________________________________________

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