Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов

Приведены расчетные характеристики резонатора для ВЧ-фотоинжекторов, работающих на частоте 1300 МГц в сочетании сильных электромагнитных полей и длинного ВЧ-импульса. Конструкция усовершенствованного резонатора использует апробированные решения, но содержит существенные изменения. В ячейки резонатор...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Парамонов, В., Скасырская, А., Floettmann, K., Krasilnikov, M., Stephan, F.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2010
Теми:	Физика и техника ускорителей
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15688
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов / В. Парамонов, А. Скасырская, K. Floettmann, M. Krasilnikov, F. Stephan // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 2. — С. 64-68. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-15688
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-156882025-02-23T17:45:12Z Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов Проектні параметри вдосконаленого резонатора для ВЧ-фотоінжекторів Design parameters of the improved RF gun cavity Парамонов, В. Скасырская, А. Floettmann, K. Krasilnikov, M. Stephan, F. Физика и техника ускорителей Приведены расчетные характеристики резонатора для ВЧ-фотоинжекторов, работающих на частоте 1300 МГц в сочетании сильных электромагнитных полей и длинного ВЧ-импульса. Конструкция усовершенствованного резонатора использует апробированные решения, но содержит существенные изменения. В ячейки резонатора введены ВЧ-датчики. Проведена оптимизация характеристик резонатора по отдельным характеристикам. Но основное внимание уделено учету взаимного влияния процессов и поиску оптимальных решений по комплексу параметров резонатора в целом. Наведено розрахункові характеристики резонатора для ВЧ-фотоінжекторів, що працюють на частоті 1300 МГц у сполученні сильних електромагнітних полів і довгого ВЧ-імпульса. Конструкція вдосконаленого резонатора використовує апробовані рішення, але містить істотні зміни. В осередки резонатора уведені ВЧ-датчики. Проведено оптимізацію характеристик резонатора по окремих характеристиках. Але основна увага приділена обліку взаємного впливу процесів і пошуку оптимальних рішень із комплексу параметрів резонатора в цілому. During development and operation of DESY L-band RF gun cavities, desires for further improvements were formulated. The next step of development is based on the proven advantages of existing cavities, but includes very significant changes. The L-band 1.6 cell RF gun cavity is intended for operation in pulse mode with unique combination of high RF fields and long RF pulse. Each cavity cell is equipped with RF probe. The cavity design is improved to gain an advantage over existing cavities in certain parameters. But main attention paid for coupled optimization to improve the cavity parameters in total. The design ideas and expected results are described. 2010 Article Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов / В. Парамонов, А. Скасырская, K. Floettmann, M. Krasilnikov, F. Stephan // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 2. — С. 64-68. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15688 621.384.644 ru application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физика и техника ускорителей Физика и техника ускорителей
spellingShingle	Физика и техника ускорителей Физика и техника ускорителей Парамонов, В. Скасырская, А. Floettmann, K. Krasilnikov, M. Stephan, F. Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов
description	Приведены расчетные характеристики резонатора для ВЧ-фотоинжекторов, работающих на частоте 1300 МГц в сочетании сильных электромагнитных полей и длинного ВЧ-импульса. Конструкция усовершенствованного резонатора использует апробированные решения, но содержит существенные изменения. В ячейки резонатора введены ВЧ-датчики. Проведена оптимизация характеристик резонатора по отдельным характеристикам. Но основное внимание уделено учету взаимного влияния процессов и поиску оптимальных решений по комплексу параметров резонатора в целом.
format	Article
author	Парамонов, В. Скасырская, А. Floettmann, K. Krasilnikov, M. Stephan, F.
author_facet	Парамонов, В. Скасырская, А. Floettmann, K. Krasilnikov, M. Stephan, F.
author_sort	Парамонов, В.
title	Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов
title_short	Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов
title_full	Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов
title_fullStr	Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов
title_full_unstemmed	Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов
title_sort	проектные параметры усовершенствованного резонатора для вч-фотоинжекторов
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Физика и техника ускорителей
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15688
citation_txt	Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов / В. Парамонов, А. Скасырская, K. Floettmann, M. Krasilnikov, F. Stephan // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 2. — С. 64-68. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT paramonovv proektnyeparametryusoveršenstvovannogorezonatoradlâvčfotoinžektorov AT skasyrskaâa proektnyeparametryusoveršenstvovannogorezonatoradlâvčfotoinžektorov AT floettmannk proektnyeparametryusoveršenstvovannogorezonatoradlâvčfotoinžektorov AT krasilnikovm proektnyeparametryusoveršenstvovannogorezonatoradlâvčfotoinžektorov AT stephanf proektnyeparametryusoveršenstvovannogorezonatoradlâvčfotoinžektorov AT paramonovv proektníparametrivdoskonalenogorezonatoradlâvčfotoínžektorív AT skasyrskaâa proektníparametrivdoskonalenogorezonatoradlâvčfotoínžektorív AT floettmannk proektníparametrivdoskonalenogorezonatoradlâvčfotoínžektorív AT krasilnikovm proektníparametrivdoskonalenogorezonatoradlâvčfotoínžektorív AT stephanf proektníparametrivdoskonalenogorezonatoradlâvčfotoínžektorív AT paramonovv designparametersoftheimprovedrfguncavity AT skasyrskaâa designparametersoftheimprovedrfguncavity AT floettmannk designparametersoftheimprovedrfguncavity AT krasilnikovm designparametersoftheimprovedrfguncavity AT stephanf designparametersoftheimprovedrfguncavity
first_indexed	2025-11-24T04:44:11Z
last_indexed	2025-11-24T04:44:11Z
_version_	1849645545600057344
fulltext	УДК (621.384.644) ПРОЕКТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО РЕЗОНАТОРА ДЛЯ ВЧ-ФОТОИНЖЕКТОРОВ В. Парамонов1, А. Скасырская1, K. Floettmann2, M. Krasilnikov2, F. Stephan2 1Институт Ядерных Исследований РАН, Москва; 2Deutches Elektronen- Synchrotron, DESY, Hamburg, Zeuthen E-mail:paramono@inr.ru Приведены расчетные характеристики резонатора для ВЧ-фотоинжекторов, работающих на частоте 1300 МГц в сочетании сильных электромагнитных полей и длинного ВЧ-импульса. Конструкция усовер- шенствованного резонатора использует апробированные решения, но содержит существенные изменения. В ячейки резонатора введены ВЧ-датчики. Проведена оптимизация характеристик резонатора по отдельным характеристикам. Но основное внимание уделено учету взаимного влияния процессов и поиску оптималь- ных решений по комплексу параметров резонатора в целом. 1. ВВЕДЕНИЕ Существующая конструкция 1,5-ячеечного резо- натора фото-инжектора L-диапазона, возбуждаемого на колебании Е011, с частотой 1300 МГц разработана [1] с целью формирования сгустков электронов с зарядом ~1 nC для линейных коллайдеров и лазеров на свободных электронах. Для подавления сил про- странственного заряда на поверхности фотокатода развивается напряженность электрического ВЧ-поля Ec ~ (40…60) МВ/м, для чего в резонатор вводится импульсная ВЧ Pi ~ (3…7) МВт. Основой ускорите- ля являются сверхпроводящие резонаторы с длиной ВЧ-импульса τ ~ 1 мс, что обуславливает высокую среднюю мощность Pa ~ (40…70) кВт, рассеивае- мую в резонаторе. В ходе программы исследований были разрабо- таны несколько модификаций резонатора, Рис.1, различающиеся конструкцией системы охлаждения. Последняя модель, Gun 4, показала [2] рабочие ха- рактеристики, необходимые для инжектора междуна- родного проекта X-FEL – напряженность ВЧ-поля на фотокатоде Ec= 60 МВ/м, длительность ВЧ-импульса τ > 600 мкс и среднюю ВЧ-мощность Pa > 50 кВт. Рис.1. Существующие модификации резонаторов для ВЧ-фотоинжектора DESY, Gun3 (a) и Gun 4 (б) Дальнейшее развитие требует более существен- ных изменений. В статье приводятся проектные ха- рактеристики следующего резонатора – Gun 5. Ре- зультаты численного моделирования приводятся для предлагаемого резонатора Gun 5 и для существую- щего Gun 4, для которого есть экспериментальные результаты. Разработка использует полученные ра- нее результаты исследований резонатора и накоп- ленный опыт изготовления. Особенностью работы является тщательный учет взаимного влияния про- цессов в резонаторе, работающем в уникальном со- четании высоких значений импульсной и средней ВЧ-мощности, высокой напряженности ВЧ-поля и длинного ВЧ-импульса. 2. ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ ЯЧЕЕК РЕЗОНАТОРА В резонаторе сохранена концепция 1,5 ячеек с укороченной (~ λ/2) ячейкой фотокатода и полно- масштабной (~ λ) следующей ячейкой, разделенных диафрагмой, Рис.2. Максимум электрического поля Esm рабочего колебания реализуется на поверхно- сти диафрагмы и в существующей конфигурации со скругленной диафрагмой (см. Рис.2,а), Esm =1,2 Ec. Выполнение профиля диафрагмы с эллиптическим окончанием (см. Рис.2,б) позволяет уменьшить мак- симум электрического поля до Esm =1,0 Ec. При работе резонатора необходимо обеспечить заданную величину Ec, поэтому резонатор Gun 5 имеет замет- но меньшую максимальную величину электрическо- го поля на поверхности. Введение эллиптического профиля диафрагмы увеличивает с 5,1 до 6,15 МГц разделение по частоте колебаний рабочего π и со- седнего 0-вида, что приводит к более высокой ста- бильности распределения поля. Рис.2. Распределения электрического поля в суще- ствующей (а) и модифицированной (б) конфигура- циях резонатора. 1 – ячейка фотокатода, 2 – диафрагма, 3 – вторая ячейка ____________________________________________________________ PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 2. Series: Nuclear Physics Investigations (53), p.64-68. 64 Для снижения мощности ВЧ-потерь применено закругление периферийных частей ячеек (см. Рис.2,б). Исходя из условий согласования с каналами ох- лаждения выбрана конфигурация с равными радиу- сами Rc для обеих ячеек Pi и с одинаковым радиу- сом закруглений R1 в первой ячейке и у основания диафрагмы во второй. Обеспечение требуемой ве- личины рабочей частоты резонатора и равенства максимальных величин электрического поля на оси ячеек резонатора обеспечивается подбором величин Rc и R2. В результате оптимизации [3], расчетная собст- венная добротность резонатора Q увеличена с 23400 до 25700, а требуемая для получения Ec =60 МВ/м расчетная величина Pi уменьшена с 6,43 до 6,24 МВт. Исследования динамики сгустка электронов про- ведены с использованием программы ASTRA [4] для различных конфигураций профиля диафрагмы и периферийных частей ячеек. В пределах точности расчетов не обнаружено изменений в характеристи- ках ускоряемого сгустка, которые обуславливаются различиями в продольном распределении ускоряю- щего поля, вызываемыми различиями в форме пе- риферии резонатора. При Ec =60 МВ/м сгусток ста- новится релятивистским на расстоянии меньшем, чем половина длины первой ячейки, и в дальнейшем незначительные изменения в распределении поля по оси влияния не оказывают. 3. ИМПУЛЬСНЫЙ ВЧ-НАГРЕВ При величине импульсной ВЧ-мощности Pi=6,24 МВт максимальная плотность ВЧ- мощности, рассеиваемой на поверхности резонато- ра, Pd =48,77 кВт/см2, что приводит к наблюдаемым Эффектам Импульсного ВЧ-нагрева (ВЧ ЭИН). Особенности ВЧ ЭИН для резонаторов L-диапазона рассмотрены в работе [5]. Распределение температуры на внутренней по- верхности резонатора определяется двумя парамет- рами: ростом температуры на поверхности Ts за время ВЧ-импульса и длиной диффузии Dd – рас- стоянии в глубь тела резонатора, на котором рост температуры меньше в e раз по сравнению с ростом температуры на поверхности. ,2 επρ τ kc kPT d s = ερ τ c kDd = , (1) где ρ, k, cε − плотность, теплопроводность и тепло- емкость материала резонатора соответственно. За время ВЧ-импульса τ ~1000 мкс тепло проникает в тело резонатора на глубину Dd ~340 мкм, формируя тонкую нагретую пленку на поверхности резонато- ра. Рассчитанные численно, по описанной в [5] ме- тодике, распределения Ts после ВЧ-импульса дли- тельностью 1000 мкс показаны на Рис.3 для сущест- вующего резонатора Gun 4 (см. Рис.3,а) и разрабо- танного Gun 5 (см. Рис.3,б) для Ec=60 МВ/м. Расширение тонкой нагретой плёнки на поверх- ности приводит к деформациям резонатора во время ВЧ-импульса, которые зависят от конструкции. Рис.3. Расчетные распределения роста температу- ры Ts на поверхности резонаторов Gun 4 (а) и Gun 5 (б) после ВЧ-импульса τ = 1000 мкс для Ec =60 МВ/м Рассчитанные распределения деформаций после ВЧ-импульса 1000 мкс показаны на Рис.4 для резо- наторов Gun 4 и Gun 5 для условия Ec =60 МВ/м. Рис.4. Расчетные распределения радиальных (а,б), продольных (в,г) и суммарных (д,е) деформаций ре- зонаторов Gun 4 (а,в,д) и Gun 5 (б,г,е) после ВЧ- импульса τ = 1000 мкс для Ec =60 МВ/м Конструктивно все резонаторы выполнены из трех частей, спаиваемых между собой серебряными припоями. Как видно из Рис.4, в существующих ре- зонаторах импульсные деформации сосредоточены, в основном, в местах стыков деталей. В резонаторе Gun 5 деформации уменьшены по величине и более равномерно распределены по объёму резонатора. Суммарной характеристикой формы и конструк- ции резонатора является параметр Sf − коэффициент пропорциональности между изменением частоты δf за время ВЧ-импульса, длительностью τ и мощно- стью Pi импульса [5]. Для Gun 4 и Gun 5 величины Sf равны 2,7 [кГц/мс/МВт] и 2,5 [кГц/ мс/ МВт] соот- ветственно. ВЧ ЭИН является эффектом, ограничивающим максимально возможную длительность ВЧ- импульса. Изменение собственной частоты резона- тора требует изменения фазы и амплитуды мощного ВЧ-сигнала во время ВЧ-импульса. При δf, сравни- мой с шириной резонансной полосы резонатора, возможность обеспечения Ec =const и нужной фазы ВЧ-колебаний в резонаторе ограничены мощностью клистрона. Одновременное понижение требуемой 65 импульсной ВЧ-мощности и понижение чувстви- тельности Gun 5 к ВЧ ЭИН дает возможность полу- чения большей длительности ВЧ-импульса. 4. ЭЛЕМЕНТЫ ДИАГНОСТИКИ Каждая ячейка резонатора имеет ВЧ-зонд коак- сиально-антенного тира, Рис.5. Учитывая высокую импульсную ВЧ-мощность в ячейке, ~ 3 МВт, кон- фигурация гнезда зонда, вместе с глубиной погру- жения антенны, выбрана для обеспечения ослабле- ния ВЧ-сигнала на ~ 70 дБ. Рис.5. ВЧ-зонд в ячейке резонатора. 1 - тело резонатора, 2 - внешний (силовой) провод- ник зонда, 3 - центральный проводник (антенна) В окрестности отверстия для зонда наблюдается искажение, с сильной концентрацией, распределе- ния магнитного поля на поверхности резонатора. Для уменьшения ВЧ ЭИН в окрестности отверстия существенно необходимо закругление краёв отвер- стия, Рис.6. Расчеты роста температуры за время ВЧ-импульса дали величину Ts=75°С после импуль- са 1000 мкс при Ec =60 МВ/м. Это максимальное значение Ts на поверхности резонатора. Соответст- вующая величина внутренних напряжений в окрест- ности отверстия на порядок ниже предела упругих деформаций для отожженной меди OFE. Для обеспечения квадрупольной составляющей в искажения поля в ячейках резонатора, диаметрально противоположно отверстиям для ВЧ-зондов, распо- ложены имитирующие (заглушенные) углубления на поверхности. Рассмотрена возможность введения датчиков ва- куума, расположенных диаметрально противопо- ложно ВЧ-зондам, вместо имитирующих углубле- ний. При малом диаметре отверстий, что диктуется ВЧ ЭИН на ребрах отверстий и минимизацией ис- кажения распределения поля, вакуумная проводи- мость такого канала весьма мала и введение датчи- ков вакуума не целесообразно. 5. КОНСТРУКЦИЯ РЕЗОНАТОРА В конструкции сохранены основные идеи и пре- дусмотрены технологические решения, разработан- ные и хорошо апробированные для существующих резонаторов (см. Рис.6). Собственно резонатор состо- ит из трех частей (см. Рис.6,а), каждая из которых содержит деталь с каналами охлаждения радиальных поверхностей, выполненных из меди OFE. Важным элементом конструкции является фрагментированная обечайка, выполненная из нержавеющей стали. Обе- чайка служит для крепления штуцеров ввода-вывода воды, размещения монтажных и юстировочных эле- ментов. Повышая жесткость конструкции в ради- альном направлении, введение обечайки приводит к уменьшению изменения частоты резонатора как при ВЧ ЭИН, так и в стационарном режиме. Соединение частей резонатора производится в несколько этапов высокотемпературной пайкой припоями на основе серебра. Паяные соединения вода-вакуум в конструкции отсутствуют. Рис.6. Три составных части резонатора (а) и внешняя обечайка (б) 6. РАСЧЕТ РЕЖИМА ОХЛАЖДЕНИЯ Средняя мощность ВЧ-потерь в резонаторе Pa > 50 кВт соответствует эквивалентной погонной плотности Pl > 250 кВт/м. Это на порядок выше вели- чины, характерной для нормально-проводящих струк- тур в современных интенсивных ускорителях ионов. При исследовании такого напряженного тепло- вого режима необходима максимально возможная полнота и точность учета деталей – направления и распределения скоростей потока по каналам, учет нагревания воды при движении по каналу и т.д. Для расчета систем охлаждения резонаторов с высокой тепловой нагрузкой, на основе комплекса ANSYS, реализована самосогласованная процедура трехмерного численного анализа. В каналах охлаждения выбранной конфигурации численно рассчитываются локальные характеристи- ки турбулентного потока жидкости. Например, на Рис.7 показаны расчетные распределения давления (см. Рис.7,б,а) и скорости потока (см. Рис.7,б) в ка- нале охлаждения задней стенки резонатора. С уче- том реального распределения ВЧ-потерь по поверх- ности резонатора решается задача согласованного теплообмена и рассчитывается распределение тем- пературы в теле резонатора. Варьируемые парамет- ры стандартной k-ε модeли турбулентности подоб- раны для максимального совпадения расчетных рас- пределений температур для существующих резона- торов с экспериментальными данными. Рис.7. Расчетное распределение давления (а) и скорости потока (б) в канале охлаждения задней стенки резонатора Gun 5 66 В дальнейшем, в соответствии с разработанной ранее процедурой полного анализа в трехмерном приближении [6] (использовавшей ранее инженер- ное приближение для определения коэффициента теплообмена на поверхности каналов), рассчитыва- ются напряжения и деформации в резонаторе и оп- ределяется изменение радиотехнических характери- стик – изменение частоты и добротности. 7. СХЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ Как результаты эксплуатации существующих ре- зонаторов, так и расчетные исследования [7,8], по- зволили сформулировать рекомендации по усовер- шенствованию. С учетом разработки методики са- мосогласованного расчета, предложено существен- ное изменение схемы. Предложенная схема в целом показана на Рис.8,а и содержит 9 каналов − для охлаждения цилиндри- ческой стенки в окрестности ВЧ-зонда (1 на Рис.8,б), для охлаждения гладких участков цилинд- рической стенки (2 на Рис.8,б) и каналов для охлаж- дения радиальных стенок резонатора (3 на Рис.8,б). Рис.8. Общая схема каналов охлаждения (а) и при- меры каналов (б). 1 – канал для охлаждения цилинд- рической стенки в окрестности ВЧ-зонда, 2 – простой канал на цилиндрической стенке, 3 – канал для охлаждения радиальной поверхности Распределение каналов по частям резонатора со- ответствует распределению мощности ВЧ-потерь. Применение каналов с разделением потоков внутри резонатора позволяет: а) увеличить эффективность охлаждения за счет увеличения суммарной площади поверхности; б) разумно ограничить количество вводов- выводов воды, разумно упрощая внешнюю систему распределения; с) более эффективно распределить поток жидко- сти, обеспечив эффективность охлаждения в местах высокой и разумно ограничив поток в местах низкой плотности ВЧ-потерь. Каналы цилиндрической части резонатора рас- считаны для равенства скоростей и величин потока жидкости в ветвях канала. В ветвях каналов для ох- лаждения радиальных частей скорости и величины потоков жидкости подобраны в соответствии с ра- диальным профилем распределения ВЧ-мощности. Например, в канале для охлаждения задней стен- ки резонатора (см. Рис.7,б) распределение средних скоростей потоков в ветвях подобрано в отношении 0,68:0,74:0,93:1:1:0,8. Сравнение распределений температур в данном канале с распределением тем- ператур в канале типа меандр (см. Рис.9,б) для мак- симального значения средней скорости потока в ветвях Vf = 1,5 м/с и мощности ВЧ-потерь в резона- торе Pa = 62,5 кВт показано на Рис.9. В канале ме- андр тепло переносится от центральной части резо- натора к периферийной и затем выводится. Как вид- но из Рис.9,а, в оптимизированном канале темпера- тура жидкости на выходах ветвей ниже и примерно одинакова для разных ветвей. Это устраняет допол- нительное повышение температуры цилиндриче- ской стенки и ведет к меньшему изменению частоты резонатора из-за тепловых деформаций. Рис.9. Распределение температуры потока в опти- мизированном канале (а) и канале типа меандр (б) при максимальной скорости потока 2 м/с Величина и разброс гидравлического сопротив- ления каналов меньше аналогичных параметров для существующих резонаторов, что упрощает внеш- нюю систему распределения жидкости. При одина- ковом значении Vf расход охлаждающей жидкости меньше на 15% чем в Gun 4. Для рабочего режима резонатора по требованиям X-FEL (Pa ~ 50 кВт) расчетное (достаточное) значение Vf < 1,5 м/с. Комплекс взаимосвязанных мер по оптимизации схемы охлаждения, конструкции резонатора и фор- мы ячеек привёл к существенному уменьшению из- менения частоты резонатора при изменении мощно- сти ВЧ-потерь. Расчетное значение производной d(δf) /dPa, [кГц/кВт] равно 3,52 и 1,92 кГц/кВт для Gun 4 и Gun 5 соответственно. Это позволит обес- печить рабочий режим Gun 5 с большей величиной Pa за счет увеличения частоты повторения или дли- тельности ВЧ-импульсов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе представлены проектные характеристи- ки усовершенствованного резонатора L-диапазона для ВЧ-фото-инжекторов, предназначенного для работы в уникальном сочетании высоких значений импульсной и средней ВЧ-мощности, высокой на- пряженности ВЧ-поля и длинного ВЧ-импульса. В концепции и конструкции резонатора сохранены решения, проверенные и хорошо зарекомендовав- шие себя в существующих образцах, что обеспечи- вает технологическую реализуемость и надежность работы. Предусмотрены ВЧ-датчики в ячейках ре- зонатора. В результате проведенной оптимизации резонатор имеет превосходство, не всегда значи- тельное, по каждому отдельно взятому параметру. Но основное внимание уделено поиску оптималь- ных решений с учетом взаимосвязи всех процессов. В результате, по комплексу параметров в целом, усовершенствованный резонатор имеет существен- ное преимущество по сравнению с существующими образцами. 67 68 ЛИТЕРАТУРА 1. B. Dwersteg, K. Floettmann, J. Sekutowicz, Ch. Stolzenburg. RF gun design for the TESLA VUV Free Electron Laser // NIM. 1997, v.A393, p.93-95. 2. F. Stephan, et al. New Experimental Results from PITZ // Proc. 2008 Linac Conference. Vancouver, 2008, p.474-476. 3. V. Paramonov, Yu. Kalinin, M. Krasilnikov, T. Scholz, F. Stephan, K. Floettmann. RF Gun De- velopment with Improved Parameters // Proc. 2008 Linac Conference. Vancouver, 2008, p.627-629. 4. K. Floettmann, ASTRA – A Space Charge Tracking Algorithm, available at http://www.desy.de/~mpyflo/. 5. В. Парамонов, А. Скасырская, K. Floettmann, F. Stephan. Исследование эффектов импульсного ВЧ-нагрева в нормально проводящих резонато- рах L-диапазона // Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия «Ядерно-физические исследова- ния». 2008, №3, с.51-54. 6. S.C. Joshi, V.V. Paramonov, A.K. Skasyrskaya. The complete 3D coupled RF-thermal-structural-RF analysis procedure // Proc. 2002 Linac Conference. Korea, 2002, p.216. 7. F. Marhauser. Finite Element Analysis for RF Photo Injector TESLA-FEL: DESY, 2006-02, Hamburg, 2006. 8. K. Floettmann, V.V. Paramonov, A.K. Skasyrskaya, F. Stephan. RF Gun Cavities Cooling Regime Study. TESLA-FEL: DESY, 2008-02, Hamburg, 2008. Статья поступила в редакцию 07.09.2009 г. DESIGN PARAMETERS OF THE IMPROVED RF GUN CAVITY V. Paramonov, A. Skasyrskaya, K. Floettmann, M. Krasilnikov, F. Stephan During development and operation of DESY L-band RF gun cavities, desires for further improvements were formulated. The next step of development is based on the proven advantages of existing cavities, but includes very significant changes. The L-band 1.6 cell RF gun cavity is intended for operation in pulse mode with unique combi- nation of high RF fields and long RF pulse. Each cavity cell is equipped with RF probe. The cavity design is im- proved to gain an advantage over existing cavities in certain parameters. But main attention paid for coupled optimi- zation to improve the cavity parameters in total. The design ideas and expected results are described. ПРОЕКТНІ ПАРАМЕТРИ ВДОСКОНАЛЕНОГО РЕЗОНАТОРА ДЛЯ ВЧ-ФОТОІНЖЕКТОРІВ В. Парамонов, А. Скасирська, K. Floettmann, M. Krasіlnіkov, F. Stephan Наведено розрахункові характеристики резонатора для ВЧ-фотоінжекторів, що працюють на частоті 1300 МГц у сполученні сильних електромагнітних полів і довгого ВЧ-імпульса. Конструкція вдосконалено- го резонатора використовує апробовані рішення, але містить істотні зміни. В осередки резонатора уведені ВЧ-датчики. Проведено оптимізацію характеристик резонатора по окремих характеристиках. Але основна увага приділена обліку взаємного впливу процесів і пошуку оптимальних рішень із комплексу параметрів резонатора в цілому. http://www.desy.de/%7Empyflo/ DESIGN PARAMETERS OF THE IMPROVED RF GUN CAVITY

Проектные параметры усовершенствованного резонатора для ВЧ-фотоинжекторов

Репозитарії

Схожі ресурси