Международная телекоммуникатсионная конферентсия Молодеж и наука Ч.2 2015

Ускорительная техника, физика пучков…

каждый раз производилась подстройка частоты резонатора изменением его диаметра (D), диаметром коаксиальной части (Dc) и шириной щели связи (il). Результаты исследования приведены в таблице 2. График зависимости мощности выходного сигнала и КСВН (ρ) приведены на рис. 3.

Таблица 2. Зависимость выходной мощности и КСВН от параметров резонатора

Расстояние между трубками дрейфа сильно влияет на мощность выходного сигнала. Из графика видно, что при величине пролетного канала 9.32 мм мощность максимальна.

Список литературы

1.И.А. Фрейдович. А.К. Балабанов, П. А. (2014). Перспективы развития многолучевых клистронов. Электроника и микроэлектроника СВЧ , 25-31.

2.Р.А. Косарев, И. Ф. (2014). Проектирование многолучевого клистрона с кольцевыми резонаторами, работающими на виде колебаний Е020. INTERMATIC – 2014, часть 4 , 7-10.

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

И.А. АШАНИН Научный руководитель – С.М. ПОЛОЗОВ, к.ф.-м.н., доцент

Научный исследовательский ядерный университет МИФИ

ЗАМЕДЛЯЮЩИЙ КАПИЛЛЯР ИЗ САПФИРА, ИНТЕГРИРОВАННЫЙ С АНТЕННОЙ

НА ЧАСТОТЕ 0,675 ТГц

На данный момент интерес к излучению ТГц-диапазона повышен в области медицины, фармацевтики и интроскопии крупногабаритных объектов. ТГцизлучение может быть сгенерировано путем прохождения релятивистского пучка электронов высокой яркости диаметром ~100 мкм и с длительностью импульса пс или менее, получаемого, например, с помощью фотоинжетора, через замедляющий черенковский канал, заполненный диэлектриком с последующим выводом в открытое пространство [1,2]. Различные материалы диэлектрика для заполнения канала могут быть использованы. В статье будет рассмотрен замедляющий черенковский капилляр с заполнением из сапфира на частоте 0,675 ТГц, интегрированный с рупорной антенной, а также его геометрические и электродинамические характеристики.

Апертура черенковского замедляющего капилляра сравнима с мм и суб-мм диапазоном длин волн (0,1-0,3 мм). Для заполнения могут быть использованы: тефлон, алмаз, кварц, сапфир, тетратитанат бария. В данной работе был использован сапфир, т.к. обладает высокой прочностью, теплостойкостью до 1600 °C и имеет высокую диэлектрическую проницаемость ɛ~9,9. В данной работе рассмотрена частота 0,675 ТГц, т.к. входит в одно из окон прозрачности атмосферы [3].

Ниже рассмотрена модель металлизированного замедляющего черенковского капилляра с заполнением из сапфира на частоте 0,675 ТГц, интегрированного с рупорной антенной (рис. 1). Также в таблице 1 представлены электродинамические характеристики данной структуры, в таблице 2 представлены геометрические характеристики и результаты моделирования. На рис. 2 представлены результаты моделирования замедляющей структуры. Моделирование проводилось с помощью CST Microwave Studio [4].

Таблица 1. Электродинамические характеристики замедляющего капилляра на частоте

0,675 ТГц с интегрированной антенной

_______________________________________________________________________

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

Ускорительная техника, физика пучков…

Рисунок 1. Электродинамическая модель (вид сбоку) металлизированного замедляющего капилляра с заполнением из сапфира и интегрированной рупорной антенной на частоте 0,675 ТГц. 1 – вакуум; 2 – диэлектрическое заполнение;

Dcap – диаметр капилляра; Ddiel – толщина покрытия диэлектриком Таблица 2.

Геометрические хар-ки замедляющей структуры и результаты моделирования

Рисунок 2. Круговая и трехмерная диаграммы направленности замедляющего капилляра из сапфира на частоте 0,675 ТГц с интегрированной антенной

Список литературы

1.Smirnov A.V., 2008, A high performance FIR radiator based on a laser driven e-gun, Photonics Research Developments, 8, pp. 247-269.

2.Polozov S.M., Bondarenko T.V., Smirnov A.V., 2012, Problems of Atomic Science and Technology Series Nuclear Physics Investigations, 3, pp. 92-95.

3.Pardo J.R., Wiedner M.C., Serabyn E., 2004, Side-by-side comparison of Fourier transform spectroscopy and water vapour radiometry as tool for calibration of millimeter/submillimeter ground-based observatories, The astrophysical journal supplement series, 153, pp. 363-367.

4.CST GmbH – Computer Simulation Technology, URL: http://www.cst.com

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

Ю.Д. КЛЮЧЕВСКАЯ Научный руководитель – С.М. ПОЛОЗОВ, к.ф.-м.н., доцент

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ БИПЕРИОДИЧЕКОЙ УСКОРЯЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ

Для оценки возможности создания компактного укорителя электронов на энергию около 6 МэВ, пригодного для использования в составе медицинского терапевтического комплекса и работающего на повышенной частоте 27 ГГц, было проведено моделирование ускоряющего резонатора на основе бипериодической ускоряющей системы с круглым диафрагмированный волноводом, а также расчет системы охлаждения бипериодической ускоряющей структуры.

Сочетание высоких электромагнитных полей и длинного импульса на высокой рабочей частоте приводит к увеличению температуры структуры, тепловым деформациям и заметному изменению характеристик резонатора, в том числе частоты, во время ВЧ импульса [1]. Для определения сдвига частоты в зависимости от мощности питания и температуры охлаждающей жидкости был проведен тепловой расчет. Для оптимального охлаждения использовано 10 трубок с водой, которые проходят вдоль БУС и расположены по радиусу, диаметр трубок равен 8 мм (рис. 1).

Рисунок 1: Вид структуры с охлаждающими трубками, материал – медь.

_______________________________________________________________________

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

Ускорительная техника, физика пучков…

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

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ МНОГОПУЧКОВЫЙ ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЗОНАТОР С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ШТЫРЯМИ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ

Рассмотрены вопросы оптимизации геометрии генераторной части генераторно- ускорительного модуля (ГУМ), представляющей собой цилиндрический резонатор с шестью пролетными каналами и продольными штырями в центральной части. Для варианта с максимальной генерируемой ВЧ мощностью приведены результаты настройки узла вывода ВЧ мощности.

Проведены расчеты выходной ВЧ мощности и КСВН (ρ) генераторной части ГУМ в виде резонатора с шестью пролетными каналами для электронных пучков и шестью штырями в центральной части. В резонаторе на частоте 2856 МГц возбуждается волна типа Е010. Введение металлических штырей повышает разделение основной моды к близким паразитным волнам высшего типа[1]. Геометрия структуры изображена на рис.1, а ее основные параметры занесены в таблицу 1. Форма импульса генерирующего тока представлена на риc.2, а параметры модуляции пучка в таблице 2.

Рис. 1. Геометрия резонатора

Таблица 1. Размеры резонатора.

Для достижения максимальной ВЧ мощности, поступающей из генераторной части в ускоряющую структуру, настраивают узел вывода мощности на пересвязь [2] путем изменения ширины окна связи резонатора с

_______________________________________________________________________

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

Ускорительная техника, физика пучков…

прямоугольным волноводом (рис.3 и 4). На рис.5 изображен выходной сигнал, когда частота следования пучков заряженных частиц соответствует собственной частоте резонатора. Результаты исследования приведены в таблице 3.

Таблица 2. Параметры модуляции пучка

Рис. 2. Форма тока импульса

Таблица 3. Зависимость выходной мощности и КСВН от ширины отверстия связи резонатора с волноводом

На основе расчетов построен график зависимости выходного сигнала и КСВН от ширины окна связи резонатора с волноводом (рис 3). Импедансная характеристика изображена на рис.4. Коэффициент пересвязи равен 3.0. Картина выходного сигнала представлена на рисунке 5.

Максимальное значение выходной мощности соответствует оптимальному значению параметра il=22 мм и равно 184.1 кВт.

Список литературы

1.A.V. Smirnov, D.Y. (2005). ROD-LOADED AND PBG MULTI-BEAM KLYSTRON CAVITIES. Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference, Knoxville , 3094-3096.

2.Н.П. Собенин, О.C. Милованов (2007). Техника сверхвысоких частот. Москва: Энергоатомиздат.

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

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

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ГЕНЕРАТОРНО-УСКОРИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ КОАКСИАЛЬНОГО ТИПА СО СВЯЗЬЮ ГЕНЕРИРУЮЩЕЙ И УСКОРЯЮЩЕЙ СЕКЦИЙ ЧЕРЕЗ ЩЕЛИ СВЯЗИ

Рассмотрены вопросы выбора размеров узла связи между областью коаксиального резонатора с пролетными каналами и бипериодической ускоряющей структурой (БУС). Исследуется влияние ширины окна связи в виде прямоугольного волновода на отношение напряженности поля в канале ускорения к напряженности поля между дрейфовыми трубками.

Для макета генераторно-ускорительного модуля (ГУМ) проведены исследования зависимости от величины щели связи параметра k, равного отношению напряженности электрического поля на оси ускоряющей структуры (Еуск) к напряженности электрического поля в пролетном канале между трубками дрейфа (Едр). Коаксиальный резонатор с трубками дрейфа имеет рабочую частоту волны типа Е010 2856 МГц, а БУС на этой же частоте работает на виде колебания π/2. 2. Пролетные каналы расположены в один кольцевой ряд, как в многопучковых клистронах [1]. Геометрические размеры резонатора генератора представлены на рис.1, основные параметры занесены в таблицу 1. Геометрия резонатора БУС представлена на рис. 2, основные параметры занесены в таблицу 2.

Рис. 1. Геометрия резонатора генератора

Таблица 1. Геометрические размеры генератора с окнами связи

_______________________________________________________________________

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

Ускорительная техника, физика пучков…

Таблица 2. Геометрические размеры БУС

Рис. 2. Геометрия резонатора БУС

Макет ГУМ на основе коаксиального генератора представлен на рис.3.

Таблица 3. Зависимость нормированного значения электрического поля от ширины окна связи, Dc=94 мм.

На рис.4 построен график зависимости отношения поля на оси структуры к полю на оси пролетного канала от ширины окна связи.

В результате исследования определено, что с увеличением ширины щелей связи отношение значений электрического поля на оси структуры к электрическому полю на оси пролетного канала увеличивается.

Список литературы

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

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

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

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ИМИТАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПОПЕРЕЧНОГО ШУНТОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ

ИДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СФЕР

Врамках проекта повышения светимости Большого Адронного Коллайдера [1] ведутся работы по гармоническому резонатору. В статье приводятся результаты имитаций измерений поперечного шунтового сопротивления с помощью металли-

ческой и диэлектрической сфер для волны H111.

Исследовалась одиночная ячейка гармонического резонатора. Для расчетов используется метод прямого интегрированиях[2]. Метод основывается на вычислении поперечных осевых составляющих электрического и магнитного поля и описывается формулой:

,(1)

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

Для определения осевых компонент электромагнитного поля используется метод малых возмущений [3]. В качестве возмущающих тел выбраны керамическая и металлическая сферы с характеристиками, приведёнными в таблицах 1,2:

Таблица 1. Характеристики керамического шарика

Метод малых возмущений описывается следующими формулами:

_______________________________________________________________________

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