Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах
Основной параметр диэлектрического кильватерного ускорителя - коэффициент трансформации. Для его увеличения используются профилированные последовательности сгустков (RBT) или многослойные диэлектрические структуры (CDWA). Мы показываем возможность применения RBT для увеличения коэффициента трансформ...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108739 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах / Г.В. Сотников, Т.К. Маршалл, Дж.Л. Хиршфилд // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 164-168. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859466790980026368 |
|---|---|
| author | Сотников, Г.В. Маршалл, Т.К. Хиршфилд, Дж.Л. |
| author_facet | Сотников, Г.В. Маршалл, Т.К. Хиршфилд, Дж.Л. |
| citation_txt | Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах / Г.В. Сотников, Т.К. Маршалл, Дж.Л. Хиршфилд // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 164-168. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Основной параметр диэлектрического кильватерного ускорителя - коэффициент трансформации. Для его увеличения используются профилированные последовательности сгустков (RBT) или многослойные диэлектрические структуры (CDWA). Мы показываем возможность применения RBT для увеличения коэффициента трансформации в CDWA. Двухканальная диэлектрическая структура представляет собой две концентрические диэлектрические трубки, окруженные металлическим кожухом. Мы показываем также, что для значительного увеличения коэффициента трансформации в CDWA традиционная RBT-техника должна быть модифицирована, и описываем ее измененный алгоритм. Улучшенный алгоритм нами продемонстрирован на примерах 30 ГГц CDWA и 0,44 ТГц CDWA. В первом случае удалось увеличить коэффициент трансформации с 3,8 до 20, а во втором – с 5,5 до 17. Изучена также поперечная устойчивость профилированных драйверных сгустков в CDWA и проведено сравнение с одноканальными диэлектрическими структурами.
A main parameter of the dielectric wakefield accelerator is the transformation ratio. To in-crease it was suggested to use ramped bunch trains (so-called the RBT-technics) or multizone dielectric structures (CDWA). We demonstrate the possibility of use of RBT-technics to increase the transformer ratio in two channel dielectric structures. Two channel dielectric structure is two concentric dielectric tubes, mounted in metal casing. Axial vacuum channel is the acceleration channel for witness bunch, and the second vacuum channel is the transport channel for drive bunches. We show that for a significant increase in the transformer ratio in coaxial dielectric structures the conventional RBT technics should be modified. We report a modified algorithm of the charge distribution between bunches of train and spacing between them. Improved algorithm for the RBT-technics has been demonstrated for 30 GHz CDWA and 0,44 THz CDWA. In the first case it is possible to increase the transformer ratio from 3,8 to 20, while in the second case it was possible to increase the transformer ratio from 5,5 to 17. Also we study the transverse stability of the ramped drive bunch train in coaxial dielectric structures and compare this stability with singlechannel dielectric structures.
Основний параметр діелектричного кільватерного прискорювача є коефіцієнт трансформації. Для його збільшення використовуються профільовані послідовності згустків (RBT) або багатошарові діелектричні структури (CDWA). Ми показуємо можливість застосування RBT для збільшення коефіцієнта трансформації в CDWA. Двоканальна діелектрична структура являє собою дві концентричні діелектричні трубки, оточені металевим кожухом. Ми показуємо також, що для значного збільшення коефіцієнта трансформації в CDWA традиційна RBT-техніка повинна бути модифікована, й описуємо її змінений алгоритм. Поліпшений алгоритм нами продемонстровано на прикладах 30 ГГц CDWA та 0,44 ТГц CDWA. У першому випадку вдалося побільшати коефіцієнт трансформації з 3,8 до 20, а в другому – з 5,5 до 17. Вивчена також поперечна стійкість профільованих ведучих згустків в CDWA і проведено порівняння з одноканальними діелектричними структурами.
|
| first_indexed | 2025-11-24T06:08:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 164
УДК 621.384.6
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОФИЛИРОВАННЫХ СГУСТКОВ
ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРАНСФОРМАЦИИ
В КОАКСИАЛЬНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ
Г.В. Сотников1,2, Т.К. Маршалл2,3, Дж.Л. Хиршфилд4
1Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина;
2Omega-P, Inc., 258 Bradley Street, New Haven, Connecticut, USA;
3Department of Applied Physics, Columbia University, New York City, USA;
4Department of Physics, Yale University, New Haven, Connecticut, USA
E-mail: sotnikov@kipt.kharkov.ua
Основной параметр диэлектрического кильватерного ускорителя - коэффициент трансформации. Для его
увеличения используются профилированные последовательности сгустков (RBT) или многослойные ди-
электрические структуры (CDWA). Мы показываем возможность применения RBT для увеличения коэффи-
циента трансформации в CDWA. Двухканальная диэлектрическая структура представляет собой две концен-
трические диэлектрические трубки, окруженные металлическим кожухом. Мы показываем также, что для
значительного увеличения коэффициента трансформации в CDWA традиционная RBT-техника должна быть
модифицирована, и описываем ее измененный алгоритм. Улучшенный алгоритм нами продемонстрирован
на примерах 30 ГГц CDWA и 0,44 ТГц CDWA. В первом случае удалось увеличить коэффициент транс-
формации с 3,8 до 20, а во втором – с 5,5 до 17. Изучена также поперечная устойчивость профилированных
драйверных сгустков в CDWA и проведено сравнение с одноканальными диэлектрическими структурами.
1. ВВЕДЕНИЕ
Диэлектрические кильватерные ускорители ста-
ли привлекательной альтернативой традиционным
полностью металлическим конструкциям ускорите-
лей, которые используются для электрон/позитрон
линейных коллайдеров [1]. В диэлектрическом
кильватерном ускорителе (DWA) мощный ведущий
сгусток или цепочка сгустков создают, благодаря
черенковскому излучению, кильватерное поле;
часть энергии поля затем передается ведомому сгу-
стку, позиционированному так, чтобы на него дей-
ствовала ускоряющая сила.
Однако, кроме возможности создавать высокие
ускоряющие градиенты, ускоритель должен обла-
дать и другими достоинствами, такими как привле-
кательный коэффициент трансформации (Т). Коэф-
фициент трансформации, характеризующий эффек-
тивность передачи энергии ведущего сгустка к ус-
коряемому сгустку в DWA, как правило, меньше 2 в
коллинеарном устройстве, где ведущий и ускоряе-
мый (ведомый) сгустки движутся вдоль одной и той
же траектории [2-5]. Для увеличения коэффициента
трансформации существуют две возможности. Пер-
вая связана с использованием длинного сгустка с
линейно нарастающим током [6] или последова-
тельности сгустков с линейно нарастающим зарядом
в каждом сгустке и определенным расстоянием ме-
жду ними [7-9]. Этот метод носит название RBT-
метод. Вторая возможность увеличить T связана с
использованием многослойных диэлектрических
структур с раздельными каналами для ведущего и
ведомого сгустков. Цилиндрической конфигурацией
многослойной диэлектрической ускорительной
структуры является коаксиальная DWA (CDWA).
Мы показали, что Т ~ 5-6 может быть получен в
CDWA терагерцового диапазона частот [1]. Естест-
венное желание - объединить эти два метода, чтобы
еще больше увеличить коэффициент трансформации
в CDWA.
В этой статье мы представим улучшенный RBT-
алгоритм [10], позволяющий значительно увеличить
коэффициент трансформации, и проведем числен-
ные исследования возбуждения кильватерных полей
последовательностью сгустков с улучшенным про-
филем распределения зарядов в CDWA терагерцо-
вого диапазона частот.
2. УЛУЧШЕННЫЙ АЛГОРИТМ
ПРОФИЛИРОВАНИЯ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СГУСТКОВ
Коаксиальная диэлектрическая ускорительная
структура, которая исследуется в настоящей работе,
представляет собой две концентрические диэлек-
трические трубки, помещенные в цилиндрический
металлический волновод (Рис.1). Два вакуумных
канала используются для транспортировки ведуще-
го и ведомого сгустков: кольцевой ведущий сгусток
распространяется в широком канале, ведомый сгу-
сток − в узком осевом канале.
Рис.1. Геометрия коаксиальной диэлектрической
ускорительной структуры
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 165
Для численного исследования возможности уве-
личения коэффициента трансформации мы выбрали
параметры структуры такие же, как в работе [1], где
были проведены аналитические исследования воз-
буждения структуры одиночным сгустком. В каче-
стве материала диэлектрика был выбран алмаз. Па-
раметры структуры и сгустков, использованные в
исследованиях, приведены в таблице.
Параметры структуры и сгустков
Частота основной рабочей моды E02, ТГц 0,44
Внешний диаметр внешней диэлектри-
ческой трубки, мкм
1581
Внутренний диаметр внешней диэлек-
трической трубки, мкм
1415
Внешний диаметр внутренней диэлек-
трической трубки, мкм
300
Внутренний диаметр внутренней ди-
электрической трубки, мкм
100
Относительная диэлектрическая прони-
цаемость (алмаз)
5,7
Продольный RMS-размер сгустка
2σ (гауссово распределение), мкм
277,12
Полная длина сгустка, использованная в
PIC-моделировании, мкм
692,8
Внешний диаметр сгустка (однородное
распределение заряда), мкм
1157,5
Внутренний диаметр сгустка, мкм 557,5
Энергия электронов сгустка, ГэВ 5
Полный заряд сгустков, нКл 6
Число сгустков 4
Для приведенных в таблице параметров структу-
ры и сгустка на Рис.2 показано поперечное распре-
деление азимутально-симметричных собственных
волн волновода, возбуждаемых одиночным элек-
тронным сгустком.
Для вычисления собственных частот и собствен-
ных мод использовалась аналитическая теория, по-
строенная в работе [1]. Частоты волн, поперечная
структура которых приведена на Рис.2, равны:
238, (E01), 440,9 (E02), 922,5 (E03), 1052,9 ГГц (E04).
Основная рабочая мода коаксиальной структуры −
E02, так как она имеет противоположные знаки элек-
трического поля в ускорительном канале и канале
транспортировки ведущего сгустка. Но наряду с
модой E02 первая радиальная мода E01 и еще не-
сколько последующих мод имеют большую амплиту-
ду в ускорительном канале. Стоит отметить, что в
любом CDWA, по крайней мере, одна мода, E01, име-
ет сравнимую c модой E02 амплитуду. Указанное
свойство многомодовости коаксиальной диэлектри-
ческой структуры будет усложнять когерентное сло-
жение полей от регулярной последовательности элек-
тронных сгустков, и, таким образом, увеличение ко-
эффициента трансформации путем традиционного
способа профилирования последовательности сгуст-
ков [7-9] не является очевидным фактом. Ниже, пу-
тем численного моделирования мы проверим приме-
нимость традиционного способа к исследуемой ко-
аксиальной диэлектрической структуре.
Рис.2. Поперечное распределение первых шести
собственных мод E0n диэлектрической структуры,
возбуждаемых одиночным электронным сгустком.
Прямоугольники показывают положения
диэлектрических трубок (косая штриховка)
и ведущего сгустка
Везде ниже мы будем использовать следующее
определение коэффициента трансформации T :
максимумускоряющегополяв ускорительном канале
максимум тормозящегополя внутриведущегосгустка
T = (1)
Результаты исследований увеличения коэффици-
ента трансформации представлены на Рис.3-6. Для
численного исследования использовался хорошо
известный PIC-алгоритм, реализованный в CST
PARTICLE STUDIO [11].
Рис.3 показывает продольное кильватерное поле,
возбуждаемое ведущим сгустком, на оси структуры
(вдоль которой ускоряемый сгусток движется) и
вдоль прямой, проведенной через средний радиус
кольцевого канала для ведущего сгустка. Из приве-
денных кривых следует, что коэффициент транс-
формации равен 4,73 (максимум ускоряющего поля
на оси центрального канала равен 550 МэВ/м, а мак-
симум тормозящего поля внутри ведущего сгустка,
вдоль его центральной оси, равен 116 МэВ/м). Из
Рис.3 также видно, что на расстояниях, меньших
4,2 мм от входа в структуру, кильватерное поле
сильно подавлено. Это связано с известной «волной
гашения» [12], привлекаемой для описания распро-
странения кильватерного поля в замедляющих
структурах конечной длины. Таким образом, из
Рис.3 следует, что когерентное сложение кильватер-
ных полей ограничено зоной конечной протяженно-
сти позади ведущего сгустка. Ее протяженность за-
висит от длины структуры и групповой скорости
волн, возбуждаемых при прохождении сгустков в
структуре [12,1].
Перейдем теперь к последовательности сгустков.
На Рис.4 приведено распределение продольного
кильватерного поля в ускорительной структуре,
возбуждаемой регулярной последовательностью из
четырех сгустков. Заряды всех сгустков равны, и
полный заряд всех сгустков равен заряду одиночно-
го сгустка, использованного в предыдущем примере.
Расстояние между соседними сгустками равно
1225 мкм, что приблизительно соответствует рас-
стоянию между двумя максимумами тормозящего
поля в канале ведущего сгустка (см. Рис.3). Макси-
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 166
мум поля определяется суперпозицией двух ради-
альных мод − E01 и E02. Длина волны основной ра-
бочей моды кильватерного поля равна ~ 680 мкм.
Рис.3. Продольная сила, действующая на электрон
в кильватерном поле, создаваемом одиночным
сгустком с зарядом 6 нКл и энергией 5 ГэВ, в
CDWA, имеющей параметры, приведенные в табли-
це. Сплошная линия – поле в центре ускорительного
канала: пунктирная линия – поле в центре кольцево-
го канала для ведущего сгустка. Голова сгустка
находится на расстоянии z=7,1 мм от входа в
структуру (прямоугольник показывает положение
сгустка) и сгусток движется слева направо
Рис.4. Продольная сила, действующая на электрон в
кильватерном поле в ускорительном канале (сплош-
ная линия) и в канале ведущего сгустка (пунктирная
линия), создаваемом однородной последовательно-
стью из 4-х сгустков с одинаковым зарядом
(1,5 нКл) и периодом следования, равным периоду
результирующего кильватерного поля одиночного
сгустка. Сгустки следуют слева направо, серые
прямоугольники показывают их положение
Для усиления рабочей моды имело смысл вы-
брать период следования сгустков, равный периоду
основной моды. Но такой выбор невозможен вслед-
ствие достаточно длинных сгустков, использован-
ных в моделировании (см. таблицу), а размещение
последующих сгустков с периодом, равным двой-
ному периоду основной моды, является нецелесооб-
разным вследствие быстрого затухания кильватер-
ного поля позади ведущего сгустка вследствие эф-
фектов групповой скорости (см. Рис.3).
Максимум ускоряющего градиента в ускори-
тельном канале позади последнего сгустка равен
226 МэВ/м, а максимум тормозящей силы (который
локализован внутри третьего сгустка) равен
117 МэВ/м. Таким образом, коэффициент транс-
формации равен 1,93. Сравнивая эти числа с анало-
гичными для одиночного сгустка, приходим к выво-
ду, что однородная последовательность сгустков не
дала выигрыша ни в темпе ускорения, ни в коэффи-
циенте трансформации. Отметим, что в случае од-
номодовой структуры кильватерное поле от одно-
родной последовательности сгустков равно кильва-
терному полю одиночного сгустка (при равенстве
полного заряда сгустков), а коэффициент трансфор-
мации слабо (логарифмически), но растет с увели-
чением количества сгустков [2].
Рис.5. То же самое, что на Рис.4, для последова-
тельности из 4-х сгустков с линейно нарастающим
зарядом и периодом следования 1220 мкм, который
равен периоду рабочей моды E02 кильватерной
волны. Голова первого сгустка находится
на расстоянии z=10,5 мм от входа в структуру
Рассмотрим возможность использования тради-
ционного алгоритма увеличения коэффициента
трансформации в случае CDWA. На Рис.5 показано
кильватерное поле, возбуждаемое цепочкой из 4-х
сгустков с профилированным профилем заряда [7,9].
Полный заряд цепочки сгустков (6 нКл) равен заря-
ду одиночного сгустка на Рис.3, и распределение
зарядов среди сгустков такое, что заряд растет [9] от
первого к последнему сгустку как нечетные целые
числа 1:3:5:7. Расстояние между соседними веду-
щими сгустками равно 1,02 мм (1,5 периода основ-
ной рабочей моды кильватерной волны). Макси-
мальное тормозящее поле (77,5 МэВ/м) действует на
частицы четвертого сгустка, а максимальное уско-
ряющее поле в ускорительном канале равно
207 МэВ/м. Коэффициент трансформации, вычис-
ленный с использованием этих полей, равен 2,67.
Т.е. коэффициент трансформации даже меньше, чем
в случае одиночного сгустка. Таким образом, тради-
ционный способ профилирования зарядов сгустков в
последовательности с постоянным расстоянием ме-
жду сгустками не позволяет увеличить коэффициент
трансформации.
Уменьшение коэффициента трансформации мо-
жет быть объяснено многомодовым свойством воз-
буждаемого кильватерного поля в CDWA, отмечен-
ное выше. Чтобы увеличить коэффициент транс-
формации в коаксиальной многослойной диэлектри-
ческой структуре необходимо использовать моди-
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 167
фицированный алгоритм профилирования цепочки
сгустков [10]. Улучшенный алгоритм основан на
известной теореме1: кильватерные поля с макси-
мальным коэффициентом трансформации создаются
последовательностью сгустков, чьи частицы теряют
одну и ту же энергию [7]. Для одномодового уст-
ройства из этого утверждения следует, что заряд
п-го сгустка должен изменяться согласно следую-
щему соотношению [7]:
1[1 ( 1)]nQ Q T n= + − , (2)
где 1Q - заряд первого сгустка и T - коэффициент
трансформации одиночного сгустка. Расстояние
между сгустками должно быть одним и тем же и
равным нечетному целому числу длин кильватерной
волны. В случае многомодовой ускорительной
структуры такой простой формулы не существует;
поэтому, чтобы получить необходимые расстояния
между сгустками и величины их зарядов необходи-
мо выполнить численные расчеты несколько раз,
число которых равно числу сгустков в последова-
тельности. Сначала выполняется моделирование с
одиночным сгустком, находится положение и вели-
чина максимума ускоряющего поля в кольцевом
канале ведущего сгустка. Затем в это положение
помещается второй сгусток с зарядом, компенси-
рующим ускоряющее поле и обеспечивающим такое
же тормозящее поле как в первом сгустке. Для этого
величина заряда второго сгустка должна быть в
(1 + Т) раз больше заряда первого сгустка. Затем
выполняется моделирование возбуждения структу-
ры двумя сгустками, и повторяется процедура на-
хождения положения последующего сгустка и его
заряда. Т.е. каждый последующий сгусток должен
быть помещен в максимум ускоряющего поля от
предшествующих сгустков, и заряд п-го сгустка вы-
бирается согласно соотношению [10]:
1 1[1 ]n nQ Q T −= + , (3)
где 1nT − - коэффициент трансформации после
(n – 1)-го сгустка.
Возможность увеличения коэффициента транс-
формации в многомодовой ускорительной структуре
при использовании улучшенного алгоритма профи-
лирования последовательности сгустков продемон-
стрирована на Рис.6. Расстояние между сгустками
составляет приблизительно 1,9 мм, и отношения
зарядов сгустков с первого по последний относятся
как 1,0: 2,35: 4,5: 7,7; при этом полный заряд после-
довательности (6 нКл) удерживается равным заряду
одиночного сгустка (см. Рис.3). Коэффициент
трансформации, вычисленный по ускоряющему по-
лю за последним сгустком, равен 17,3 − это значе-
ние в 3,7 раза больше коэффициента трансформации
T в случае возбуждения структуры одиночным сгу-
стком. Заметим, что максимум кильватерного поля
после четвертого сгустка равен 285,1 МэВ/м, пони-
зившись от значения 550 МэВ/м в случае одиночно-
го сгустка (см. Рис.3).
Описанный алгоритм распределения зарядов
между сгустками последовательности и установле-
1Теорема строго доказана для одномодовой
структуры.
ния расстояний между сгустками был выявлен с
целью получения однородного торможения сгуст-
ков.
Рис.6. То же самое, что на Рис.4, для последова-
тельности из 4-х сгустков с улучшенным алгорит-
мом распределения заряда между сгустками и рас-
стояния между соседними сгустками. Заряд сгуст-
ка растет от первого к последнему сгустку после-
довательности в отношении 1:2,4:4,5:7,7. Рас-
стояние между сгустками равно ≈1,9 мм
Это означает, что такое правило позволит ото-
брать больше энергии от всей цепочки сгустков,
чем, например, для случая одиночного сгустка, при-
веденного на Рис.3, и таким образом увеличить эф-
фективность ускорителя.
Приведенный на Рис.6 пример доказывает, что
значительное увеличение T возможно в многомодо-
вой структуре CDWA, если использовать более гиб-
кий RBT-метод. Более сложный алгоритм (в сравне-
нии с [7,9]) для задания зарядов сгустков и их поло-
жений друг относительно друга связан с многомо-
довым возбуждением CDWA. В случае одномодо-
вой диэлектрической структуры традиционный спо-
соб использования RBT для увеличения T остается
справедливым.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как правило, в кильватерных ускорительных
структурах увеличение коэффициента трансформа-
ции приводит к уменьшению ускоряющего градиен-
та, а значит и к увеличению длины ускорителя. Воз-
никает вопрос о целесообразности получения уве-
личенного значения коэффициента трансформации.
Ответ на него зависит от того, какая конечная цель
стоит при создании нового ускорительного ком-
плекса. Поясним это на примерах результатов, при-
веденных в настоящей работе.
Пусть мы используем одиночный ведущий сгу-
сток, который обеспечивает ускорительный гради-
ент 550 МэВ/м при коэффициенте трансформации
4,7. Тогда на длине одного ускорительного модуля
(длина, на которой ведущий сгусток потеряет всю
энергию) L = 43,1 ускоряемый сгусток приобретет
энергию 23,7 ГэВ. Для того, чтобы достичь энергии
3,5 ТэВ (как в CLIC), потребуется 150 таких ускори-
тельных модулей и полная длина ускорителя будет
равна 150×43,1 м = 6,4 км.
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 168
Аналогичные оценки для цепочки сгустков с
улучшенным алгоритмом RBT, обеспечивающие
ускоряющий градиент 285,1 МэВ/м и коэффициент
трансформации T = 17,3 (см. Рис.6), дают полную
длину ускорителя 12,1 км, и для этого потребуется
40 ускорительных модулей.
Таким образом, если требуется более короткий
ускоритель, то необходимо использовать одиночный
сгусток в CDWA. Если требуется уменьшить коли-
чество ускорительных модулей, а значит и поднять
эффективность ускорительного комплекса, целесо-
образно использовать последовательность сгустков
с улучшенным алгоритмом профилирования после-
довательности сгустков.
Исследования выполнены с частичной поддерж-
кой министерства энергетики США и управления
физики высоких энергий, грант № DE-SC000-0924.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. G.V. Sotnikov, T.C. Marshall, and J.L. Hirshfield.
Coaxial two-channel high-gradient dielectric
wakefield accelerator // Phys. Rev. Accel. Beams 12,
061302, 2009.
2. R.D. Ruth, A.W. Chao, P.L. Morton, and P.B. Wilson
// Particle Accelerators. 1985, v.17, №3-4, p.171-189.
3. A.W. Chao. Physics of collective beam instabilities
in high energy accelerators. New York: Wiley,
1993.
4. G.A. Voss and T. Weiland. Particle acceleration by
wake fields // Report No. DESY M-82-10, 1982.
5. K.L.F. Bane, P.B. Wilson, and T. Weiland. Wake
fields and wake field acceleration, in Physics of
High Energy Particle Accelerator // AIP Conf. Proc.
№127 (AIP, New York, 1985), p.875-928.
6. K.L.F. Bane, P. Chen, P.B. Wilson. On collinear
wake field acceleration // IEEE Trans. Nucl. Sci.
1985, v.32, p.3524-3526.
7. C.C. Ваганян, Э.M. Лазиев, В.M. Цаканов. О ко-
эффициенте трансформации в cxемax ускорения
кильватерным полем // Вопросы атомной науки
и техники. Сер. «Ядерно-физические исследова-
ния» (15). 1990, №7, c.32-36.
8. J.T. Seeman. Collective Electron Driven Linac for
High Energy Physics // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1983,
v.30, №4, p.3180-3182.
9. C. Jing, A. Kanareykin, J.G. Power, et al. Observa-
tion of Enhanced Transformer Ratio in Collinear
Wakefield Acceleration // Phys. Rev. Lett. 2007,
v.98, p.144801.
10. G.V. Sotnikov and T.C. Marshall. Improved ramped
bunch train to increase the transformer ratio of a
two-channel multimode dielectric wakefield accel-
erator // Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2011, v.14,
p.031302.
11. https:// cst.com/Content/Products/PS/Overview.aspx
12. В.А. Балакирев, И.Н. Онищенко, Д.Ю. Сидоренко,
Г.В. Сотников. Возбуждение кильватерного поля
релятивистским электронным сгустком в полу-
бесконечном диэлектрическом волноводе //
ЖЭТФ. 2001, т.120, №1(7), c.41-51.
Статья поступила в редакцию 23.09.2011 г.
USE OF RAMPED BUNCHES FOR AN ENHANCING OF TRANSFORMER RATIO IN COAXIAL
DIELECTRIC STRUCTURES
G.V. Sotnikov, T.C. Marshall, J.L. Hirshfield
A main parameter of the dielectric wakefield accelerator is the transformation ratio. To in-crease it was sug-
gested to use ramped bunch trains (so-called the RBT-technics) or multizone dielectric structures (CDWA). We
demonstrate the possibility of use of RBT-technics to increase the transformer ratio in two channel dielectric struc-
tures. Two channel dielectric structure is two concentric dielectric tubes, mounted in metal casing. Axial vacuum
channel is the acceleration channel for witness bunch, and the second vacuum channel is the transport channel for
drive bunches. We show that for a significant increase in the transformer ratio in coaxial dielectric structures the
conventional RBT technics should be modified. We report a modified algorithm of the charge distribution between
bunches of train and spacing between them. Improved algorithm for the RBT-technics has been demonstrated for
30 GHz CDWA and 0,44 THz CDWA. In the first case it is possible to increase the transformer ratio from 3,8 to 20,
while in the second case it was possible to increase the transformer ratio from 5,5 to 17. Also we study the trans-
verse stability of the ramped drive bunch train in coaxial dielectric structures and compare this stability with single-
channel dielectric structures.
ЗАСТОСУВАННЯ ПРОФІЛЬОВАНИХ ЗГУСТКІВ ДЛЯ ЗБІЛЬШЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА
ТРАНСФОРМАЦІЇ В КОАКСІАЛЬНИХ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ СТРУКТУРАХ
Г.В. Сотнiков, Т.К. Маршалл, Дж.Л. Хiршфiлд
Основний параметр діелектричного кільватерного прискорювача є коефіцієнт трансформації. Для його
збільшення використовуються профільовані послідовності згустків (RBT) або багатошарові діелектричні
структури (CDWA). Ми показуємо можливість застосування RBT для збільшення коефіцієнта трансформації
в CDWA. Двоканальна діелектрична структура являє собою дві концентричні діелектричні трубки, оточені
металевим кожухом. Ми показуємо також, що для значного збільшення коефіцієнта трансформації в CDWA
традиційна RBT-техніка повинна бути модифікована, й описуємо її змінений алгоритм. Поліпшений алго-
ритм нами продемонстровано на прикладах 30 ГГц CDWA та 0,44 ТГц CDWA. У першому випадку вдалося
побільшати коефіцієнт трансформації з 3,8 до 20, а в другому – з 5,5 до 17. Вивчена також поперечна стій-
кість профільованих ведучих згустків в CDWA і проведено порівняння з одноканальними діелектричними
структурами.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108739 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T06:08:35Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сотников, Г.В. Маршалл, Т.К. Хиршфилд, Дж.Л. 2016-11-15T11:27:54Z 2016-11-15T11:27:54Z 2012 Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах / Г.В. Сотников, Т.К. Маршалл, Дж.Л. Хиршфилд // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 164-168. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108739 621.384.6 Основной параметр диэлектрического кильватерного ускорителя - коэффициент трансформации. Для его увеличения используются профилированные последовательности сгустков (RBT) или многослойные диэлектрические структуры (CDWA). Мы показываем возможность применения RBT для увеличения коэффициента трансформации в CDWA. Двухканальная диэлектрическая структура представляет собой две концентрические диэлектрические трубки, окруженные металлическим кожухом. Мы показываем также, что для значительного увеличения коэффициента трансформации в CDWA традиционная RBT-техника должна быть модифицирована, и описываем ее измененный алгоритм. Улучшенный алгоритм нами продемонстрирован на примерах 30 ГГц CDWA и 0,44 ТГц CDWA. В первом случае удалось увеличить коэффициент трансформации с 3,8 до 20, а во втором – с 5,5 до 17. Изучена также поперечная устойчивость профилированных драйверных сгустков в CDWA и проведено сравнение с одноканальными диэлектрическими структурами. A main parameter of the dielectric wakefield accelerator is the transformation ratio. To in-crease it was suggested to use ramped bunch trains (so-called the RBT-technics) or multizone dielectric structures (CDWA). We demonstrate the possibility of use of RBT-technics to increase the transformer ratio in two channel dielectric structures. Two channel dielectric structure is two concentric dielectric tubes, mounted in metal casing. Axial vacuum channel is the acceleration channel for witness bunch, and the second vacuum channel is the transport channel for drive bunches. We show that for a significant increase in the transformer ratio in coaxial dielectric structures the conventional RBT technics should be modified. We report a modified algorithm of the charge distribution between bunches of train and spacing between them. Improved algorithm for the RBT-technics has been demonstrated for 30 GHz CDWA and 0,44 THz CDWA. In the first case it is possible to increase the transformer ratio from 3,8 to 20, while in the second case it was possible to increase the transformer ratio from 5,5 to 17. Also we study the transverse stability of the ramped drive bunch train in coaxial dielectric structures and compare this stability with singlechannel dielectric structures. Основний параметр діелектричного кільватерного прискорювача є коефіцієнт трансформації. Для його збільшення використовуються профільовані послідовності згустків (RBT) або багатошарові діелектричні структури (CDWA). Ми показуємо можливість застосування RBT для збільшення коефіцієнта трансформації в CDWA. Двоканальна діелектрична структура являє собою дві концентричні діелектричні трубки, оточені металевим кожухом. Ми показуємо також, що для значного збільшення коефіцієнта трансформації в CDWA традиційна RBT-техніка повинна бути модифікована, й описуємо її змінений алгоритм. Поліпшений алгоритм нами продемонстровано на прикладах 30 ГГц CDWA та 0,44 ТГц CDWA. У першому випадку вдалося побільшати коефіцієнт трансформації з 3,8 до 20, а в другому – з 5,5 до 17. Вивчена також поперечна стійкість профільованих ведучих згустків в CDWA і проведено порівняння з одноканальними діелектричними структурами. Исследования выполнены с частичной поддерж- кой министерства энергетики США и управления физики высоких энергий, грант № DE-SC000-0924. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Новые и нестандартные ускорительные технологии Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах Use of ramped bunches for an enhancing of transformer ratio in coaxial dielectric structures Застосування профільованих згустків для збільшення коефіцієнта трансформації в коаксіальних діелектричних структурах Article published earlier |
| spellingShingle | Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах Сотников, Г.В. Маршалл, Т.К. Хиршфилд, Дж.Л. Новые и нестандартные ускорительные технологии |
| title | Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах |
| title_alt | Use of ramped bunches for an enhancing of transformer ratio in coaxial dielectric structures Застосування профільованих згустків для збільшення коефіцієнта трансформації в коаксіальних діелектричних структурах |
| title_full | Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах |
| title_fullStr | Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах |
| title_full_unstemmed | Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах |
| title_short | Применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах |
| title_sort | применение профилированных сгустков для увеличения коэффициента трансформации в коаксиальных диэлектрических структурах |
| topic | Новые и нестандартные ускорительные технологии |
| topic_facet | Новые и нестандартные ускорительные технологии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108739 |
| work_keys_str_mv | AT sotnikovgv primenenieprofilirovannyhsgustkovdlâuveličeniâkoéfficientatransformaciivkoaksialʹnyhdiélektričeskihstrukturah AT maršalltk primenenieprofilirovannyhsgustkovdlâuveličeniâkoéfficientatransformaciivkoaksialʹnyhdiélektričeskihstrukturah AT hiršfilddžl primenenieprofilirovannyhsgustkovdlâuveličeniâkoéfficientatransformaciivkoaksialʹnyhdiélektričeskihstrukturah AT sotnikovgv useoframpedbunchesforanenhancingoftransformerratioincoaxialdielectricstructures AT maršalltk useoframpedbunchesforanenhancingoftransformerratioincoaxialdielectricstructures AT hiršfilddžl useoframpedbunchesforanenhancingoftransformerratioincoaxialdielectricstructures AT sotnikovgv zastosuvannâprofílʹovanihzgustkívdlâzbílʹšennâkoefícíêntatransformacíívkoaksíalʹnihdíelektričnihstrukturah AT maršalltk zastosuvannâprofílʹovanihzgustkívdlâzbílʹšennâkoefícíêntatransformacíívkoaksíalʹnihdíelektričnihstrukturah AT hiršfilddžl zastosuvannâprofílʹovanihzgustkívdlâzbílʹšennâkoefícíêntatransformacíívkoaksíalʹnihdíelektričnihstrukturah |