К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке
Проведено моделирование самосогласованной динамики частиц в начальной части ускорителя электронов 10 см-диапазона на бегущей волне. Показана возможность формирования субпикосекундных сгустков частиц со сравнительно малым поперечным эмиттансом при применении в таком ускорителе инжекторов, состоящих и...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17018 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке / Н.И. Айзацкий, В.Ф. Жигло, В.А. Кушнир, В.В. Митроченко, А.Н. Опанасенко, С.А. Пережогин // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 72-75. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859595884612812800 |
|---|---|
| author | Айзацкий, Н.И. Жигло, В.Ф. Кушнир, В.А. Митроченко, В.В. Опанасенко, А.Н. Пережогин, С.А. |
| author_facet | Айзацкий, Н.И. Жигло, В.Ф. Кушнир, В.А. Митроченко, В.В. Опанасенко, А.Н. Пережогин, С.А. |
| citation_txt | К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке / Н.И. Айзацкий, В.Ф. Жигло, В.А. Кушнир, В.В. Митроченко, А.Н. Опанасенко, С.А. Пережогин // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 72-75. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Проведено моделирование самосогласованной динамики частиц в начальной части ускорителя электронов 10 см-диапазона на бегущей волне. Показана возможность формирования субпикосекундных сгустков частиц со сравнительно малым поперечным эмиттансом при применении в таком ускорителе инжекторов, состоящих из диодной электронной пушки и группирователей на нераспространяющихся колебаниях. Эффективность группировки достигается за счет фазового движения частиц в бегущей волне, которая является суперпозицией волн, возбуждаемых генератором СВЧ-мощности и последовательностью интенсивных сгустков. При определенной фазе инжекции сгустков в ускоряющую секцию фазовая скорость суммарной волны становится меньше скорости света и, если сгустки совершают в ней около четверти синхротронного колебания, возможно образование в сгустках областей с высокой плотностью частиц. Для обеспечения малого поперечного эмиттанса пучка ускоритель помещается в аксиально-симметричное магнитное поле специальной конфигурации. Согласно расчетам, длительность сгустков на половине высоты может быть уменьшена до 430 фемтосекунд при энергии частиц 8,7 МэВ, токе пучка 0,95 А и нормализованном поперечном эмиттансе 13 мм×мрад.
Проведено моделювання самоузгодженої динаміки частинок в початковій частині прискорювача електронів 10 см-діапазону на хвилі, що біжить. Показана можливість формування субпікосекундних згустків частинок з порівняно малим поперечним еміттансом при застосуванні в такому прискорювачі інжекторів, що складаються з діодної електронної гармати і груповачів на коливаннях, що не розповсюджуються. Ефективність групування досягається за рахунок фазового руху частинок в хвилі, що біжить, яка є суперпозицією хвиль, що збуджуються генератором НВЧ-потужності і послідовністю інтенсивних згустків. При певній фазі інжекції згустків в прискорювальну секцію фазова швидкість сумарної хвилі стає менше швидкості світла і, якщо згустки здійснюють в ній близько чверті синхротронного коливання, можливе формування в згустках областей з високою щільністю частинок. Для забезпечення малого поперечного еміттансу пучка прискорювач поміщається в аксіально-симетричне магнітне поле спеціальної конфігурації. Згідно з розрахунками, тривалість згустків на половині висоти може бути зменшена до 430 фемтосекунд при енергії частинок 8,7 МеВ, струмі пучка 0,95 А і нормалізованому поперечному еміттансі 13 мм×мрад.
Simulation of self consistent beam dynamics in initial part of the S-band traveling wave electron linac has been carried out. It is shown that formation of subpicosecond bunches with relatively low transversal emittance is possible is such linac using an injector consisted of a diode electron gun and the evanescent wave buncher. Efficiency of bunching is reached due to the phase motion of particles in a traveling wave that is superposition of waves excited by a RF generator and a train of intense bunches in an acceleration section. Phase velocity of the wave becomes lower than that of the light at certain injection phase of bunches and if bunches run a quote of synchrotron period before living the section it is possible of formation of dense regions inside bunches. To provide low transverse emittance of the beam the linac is placed into axially symmetric magnetic field with special configuration. According to the simulations full width at a half of magnitude of bunches can be lowered to 430 femtosecond at particle energy of 8.7 MeV, beam current of 0.95 A and normalized transversal emittance of 13 mm×mrad.
|
| first_indexed | 2025-11-27T20:40:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (54), p.72-75.
72
НОВЫЕ МЕТОДЫ УСКОРЕНИЯ , СИЛЬНОТОЧНЫЕ ПУЧКИ
УДК 621.384.6
К ВОПРОСУ О ФОРМИРОВАНИИ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ СГУСТКОВ
ЭЛЕКТРОНОВ НА ВЫХОДЕ РЕЗОНАНСНОГО ЛИНЕЙНОГО
УСКОРИТЕЛЯ НА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЕ ПРИ ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ
ТОКОВОЙ НАГРУЗКЕ
Н.И. Айзацкий, В.Ф. Жигло, В.А. Кушнир, В.В. Митроченко, А.Н. Опанасенко,
С.А. Пережогин
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
E-mail: mitvic@kipt.kharkov.ua
Проведено моделирование самосогласованной динамики частиц в начальной части ускорителя электронов
10 см-диапазона на бегущей волне. Показана возможность формирования субпикосекундных сгустков частиц
со сравнительно малым поперечным эмиттансом при применении в таком ускорителе инжекторов, состоящих
из диодной электронной пушки и группирователей на нераспространяющихся колебаниях. Эффективность
группировки достигается за счет фазового движения частиц в бегущей волне, которая является суперпозицией
волн, возбуждаемых генератором СВЧ-мощности и последовательностью интенсивных сгустков. При опреде-
ленной фазе инжекции сгустков в ускоряющую секцию фазовая скорость суммарной волны становится мень-
ше скорости света и, если сгустки совершают в ней около четверти синхротронного колебания, возможно об-
разование в сгустках областей с высокой плотностью частиц. Для обеспечения малого поперечного эмиттанса
пучка ускоритель помещается в аксиально-симметричное магнитное поле специальной конфигурации. Соглас-
но расчетам, длительность сгустков на половине высоты может быть уменьшена до 430 фемтосекунд при энер-
гии частиц 8,7 МэВ, токе пучка 0,95 А и нормализованном поперечном эмиттансе 13 мм×мрад.
1. ВВЕДЕНИЕ
Получение коротких интенсивных сгустков
электронов является одним из наиболее динамиче-
ски развивающихся направлений в физике пучков
заряженных частиц. Существует несколько методов
получения таких сгустков [см., например, 1,2]. В
последнее время получил развитие так называемый
метод скоростной группировки сгустков, получае-
мых на выходе высокочастотных пушек с фотоэмис-
сионными катодами [3]. Основной принцип метода
хорошо известен и широко используется в технике
ускорителей, в частности, при формировании сгуст-
ков в инжекторных системах (см., например, [4]).
Его сущность заключается в следующем. Электрон-
ный сгусток инжектируется в ускоряющую секцию
в нулевой фазе бегущей волны. При этом скорость
частиц меньше фазовой скорости волны, которая, в
свою очередь, равна или меньше скорости света.
Сгусток скользит по фазе в сторону максимума ус-
коряющего поля, совершая вращение на фазовой
плоскости фаза-энергия. Если фазовая скорость
волны меньше скорости света, то траектории захва-
ченных частиц являются замкнутыми, и, совершив
четверть периода фазового колебания, частицы сгу-
стка расположатся так, что сгусток будет иметь ми-
нимальную фазовую протяженность. В случае, если
фазовая скорость волны равна скорости света, тра-
ектории частиц на фазовой плоскости являются не
замкнутыми и эффективность группировки умень-
шается, хотя при этом можно сгруппировать сгусток
с очень высокими энергиями частиц.
Анализ литературы, посвященной скоростной
группировке, показал, что при рассмотрении теоре-
тических основ метода не учитывается влияние сгу-
стков на поле волны, в котором они ускоряются,
что, в принципе, оправдано для группировки сгуст-
ков, получаемых на выходе фотоинжекторов, сред-
ний ток пучка которых, как правило, мал. При уме-
ренных требованиях к поперечному эмиттансу пуч-
ка могут быть использованы традиционные инжек-
торы, в которых происходит формирование одного
сгустка на каждом периоде ускоряющего поля из
непрерывного пучка. Такие инжекторы могут обес-
печить значительную величину импульсного тока
пучка. Представляет интерес изучение процессов
скоростной группировки сгустков, полученных на
выходе таких инжекторов, в условиях существенно-
го воздействия полей излучения сгустков на поле
бегущей волны. Данная работа посвящена изучению
этого вопроса.
2. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ
Для нахождения параметров аксиально-
симметричных электродинамических и магнитных
систем использовался пакет SUPERFISH/POISSON,
для моделирования движения частиц – коды EGUN
и PARMELA. Для нахождения самосогласованных
полей, в которых движутся частицы при формиро-
вании и ускорении сгустков, была использована ме-
тодика [5]. В качестве модели ускорителя мы ис-
пользовали систему, состоящую из инжектора элек-
тронов на нераспространяющихся колебаниях [6] и
короткой секции на бегущей волне с 2π/3-типом
колебаний [7] (Рис.1).
Для уменьшения деградации эмиттанса пучка в
процессе формирования и ускорения сгустков под-
биралась специальная конфигурация магнитного
поля. На первом этапе магнитная система задавалась
с помощью набора витков с током. После того, как
нужная конфигурация была найдена, магнитная сис-
тема была синтезирована с использованием пакета
SUPERFISH/POISSON.
Рис.1. Структурная схема ускорителя
При проведении исследований мы интересова-
лись, в основном, параметрами пучка в установив-
шемся режиме, поэтому длительность импульса то-
ка пучка была выбрана минимальной, при которой
такой режим достигается (примерно 1,3 мкс) для
экономии времени моделирования. Результаты мо-
делирования приведены ниже.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Моделирование самосогласованной динамики
частиц в инжекторе показало, что оптимальной мощ-
ностью СВЧ-питания при ускорении пучка амперно-
го диапазона является величина 1,56 МВт. Модели-
рование динамики частиц при различных конфигура-
циях магнитного поля показало, что для получения
малого поперечного эмиттанса на выходе инжектора
необходимо обеспечить малый размер пучка в районе
начала резонатора с максимальным полем. Одна из
возможных конфигураций магнитного поля на оси,
при которой наблюдается малое ухудшение попереч-
ного эмиттанса пучка, показана на Рис.2.
73
Рис.2. Конфигурация магнитного поля
на оси инжектора
Изменение среднеквадратичного размера (1σ)
пучка вдоль инжектора при данной конфигурации
магнитного поля показано на Рис.3. Можно видеть,
что в районе координат от 8 до 10 см пучок имеет
минимальный размер. Этот диапазон координат со-
ответствует началу 5 резонатора.
Параметры инжектора при выбранной конфигу-
рации магнитного поля и мощности СВЧ-питания
1,56 МВт приведены в Табл.1. Следует отметить,
что уменьшение деградации поперечного эмиттанса
пучка приводит примерно к двухкратному увеличе-
нию фазовой протяженности сгустков. По-
видимому, это происходит за счет увеличения дей-
ствия сил пространственного заряда при увеличен-
ной плотности частиц. Вместе с тем, в распределе-
нии частиц на плоскости фаза−энергия есть сгуще-
ния (Рис.4), которые могут быть использованы для
формирования фемтосекундных сгустков.
Рис.3. Среднеквадратичный размер пучка
вдоль инжектора
Таблица 1
Параметры инжектора
Рис.4. Фазоэнергетическое распределение частиц
Моделирование динамики частиц при разных фа-
зах влета сгустков в ускоряющую секцию показало,
что минимальная длительность сгустков достигается
при их инжекции практически в нулевое поле бегу-
Рабочая частота инжектора, МГц 2797,15
Энергия пучка на выходе электронной
пушки, кэВ
25
Ток пушки, А 1,1
Максимальное поле на оси резонансной
системы, МВ/м
43
Энергия частиц на выходе инжектора,
кэВ
1065
Ширина энергетического спектра пуч-
ка, включающего 70% частиц на выхо-
де инжектора, %
2,8
Фазовый интервал, включающий 70%
частиц сгустков, град
19
Поперечный нормализованный эмит-
танс (1σ), мм⋅мрад
9
щей волны. На Рис.5 показано распределение фазы и
амплитуды волны поля ускоряющей пространствен-
ной гармоники, которое является суперпозицией по-
лей, возбуждаемых внешним генератором СВЧ-
питания и сгустками в установившемся режиме
(примерно 1,6 мкс от начала СВЧ-импульса). Не-
смотря на то, что на рабочей частоте фазовая ско-
рость волны в секции равна скорости света, из-за фа-
зового скольжения сгустков фазовая скорость сум-
марной волны не равна скорости света, как это видно
из Рис.5. Благодаря этому сгусток совершает фазовые
колебания относительно волны (Рис.6).
Рис.5. Распределение ускоряющего поля вдоль
секции (кривая Е – амплитуда, кривая Ф – фаза)
Рис.6. Разность фаз волны и первой гармоники тока
сгустков вдоль секции
74
Рис.7. Распределение частиц на плоскости
фаза− энергия
На Рис.7 изображено распределение частиц на
плоскости фаза-энергия. Фаза частиц отсчитана от-
носительно некоторой референсной частицы, нахо-
дящейся примерно в центре сгустка. Видно, что
распределение имеет довольно сложную форму с
областью повышенной плотности частиц.
Сравнивая Рис.7 и Рис.4 видно, что частицы со-
вершили вращение в плоскости фаза-энергия. Фазо-
вый спектр сгустка приведен на Рис.8. Видно, что
фазовое распределение имеет острый пик с малым
значением фазовой протяженности на половине вы-
соты. Обобщенные параметры пучка на выходе ус-
корителя для установившегося режима приведены в
Табл.2.
Рис.8. Фазовый спектр пучка
Рис.9. Распределение магнитного поля
Таблица 2
Параметры пучка на выходе ускорителя
Ток пучка, А 0,95
Пиковый ток, А 284
Длительность сгустков на половине
высоты, фс
430
Энергия частиц, МэВ 8,7
Ширина энергетического спектра пучка,
включающего 70% частиц на выходе
ускорителя, %
2,6
Фазовый интервал, включающий 70%
частиц сгустков, град
5
Поперечный нормализованный эмиттанс
(1σ), мм⋅мрад
13
Поперечный размер пучка (4σ), мм 9,8
Следует заметить, что в интервал фаз, соответст-
вующих ширине спектра на полувысоте, попадает
не менее 45% частиц пучка. При расстройке фазы
75
СВЧ-питания секции в пределах ±5° от оптимально-
го пиковый ток уменьшается в два раза. Кроме того,
моделирование показало, что для уменьшения де-
градации поперечного эмиттанса пучка необходимо
обеспечить малые поперечные размеры сгустков в
начальной части секции, включая и трансформатор
типа волны (ТТВ). Для этого необходимо обеспе-
чить распределение магнитного поля, изображенное
на Рис.9. Центр ТТВ соответствует координате
Z=48 cм.
ВЫВОДЫ
Путем численного моделирования самосогласо-
ванной динамики частиц проведено исследование
особенностей формирования субпикосекундных
сгустков электронов в ускоряющей секции с фазо-
вой скоростью, равной скорости света. Показана
принципиальная возможность получения субпико-
секундных сгустков с пиковым током 0,3 кА и нор-
мализованной яркостью 2⋅1010 А/м2 при использова-
нии инжектора с диодной термоэмиссионной пуш-
кой. Такие сгустки могут быть использованы для
исследования генерации излучения терагерцового
диапазона.
ЛИТЕРАТУРА
1. P. Piot. State-of-the-Art Electron Bunch Compres-
sion // Proc. of the LINAC 2004. Lubeck, Germany,
v.1, p.528-532.
2. P. Emma. Issues and Challenges for Short Pulse
Radiation Production // Proc. of the LINAC 2004.
Lubeck, Germany. 2004, v.1, p.225-229.
3. S.G. Anderson, P. Musumeci, J.B. Rosenzweig. Ve-
locity bunching of high-brightness electron beams //
Physical review special topics - accelerators and
beams. 2005, v.8, p.014401.
4. О.А. Вальднер. Линейные ускорители электро-
нов. М: «Атомиздат», 1966, с.167.
5. V.V. Mytrochenko, A. Opanasenko. Study of tran-
sient self-consistent beam dynamics in RF linacs us-
ing a particle tracing code // NIM. 2006, v.A558,
p.235-239.
6. Н.И. Айзацкий, П.Г. Гуртовенко, В.Ф. Жигло и
др. Компактный инжектор электронов для ли-
нейного резонансного ускорителя 10 см-
диапазона // ВАНТ. Серия «Ядерно-физические
исследования». 2008, №3, p.68-72.
7. Н.И. Айзацкий, В.И. Белоглазов, Е.З. Биллер и
др. Мощный линейный ускоритель электронов с
энергией до 40 МэВ // ВАНТ. Серия «Ядерно-
физические исследования». 2008, №3, p.25-29.
Статья поступила в редакцию 07.09.2009 г.
ON FEMTOSECOND BUNCH FORMATION IN TRAVELING WAVE LINAC AT HIGH BEAM
LOADING
М.І. Ayzatskiy, V.F. Zhiglo, V.A. Kushnir, V.V. Mytrochenko, A N. Opanasenko, S.A. Perezhogin
Simulation of self consistent beam dynamics in initial part of the S-band traveling wave electron linac has been
carried out. It is shown that formation of subpicosecond bunches with relatively low transversal emittance is possi-
ble is such linac using an injector consisted of a diode electron gun and the evanescent wave buncher. Efficiency of
bunching is reached due to the phase motion of particles in a traveling wave that is superposition of waves excited
by a RF generator and a train of intense bunches in an acceleration section. Phase velocity of the wave becomes
lower than that of the light at certain injection phase of bunches and if bunches run a quote of synchrotron period
before living the section it is possible of formation of dense regions inside bunches. To provide low transverse emit-
tance of the beam the linac is placed into axially symmetric magnetic field with special configuration. According to
the simulations full width at a half of magnitude of bunches can be lowered to 430 femtosecond at particle energy of
8.7 MeV, beam current of 0.95 A and normalized transversal emittance of 13 mm×mrad.
ДО ПИТАННЯ ПРО ФОРМУВАННЯ ФЕМТОСЕКУНДНИХ ЗГУСТКІВ ЕЛЕКТРОНІВ НА ВИХОДІ
РЕЗОНАНСНОГО ЛІНІЙНОГО ПРИСКОРЮВАЧА З БІГУЧОЮ ХВИЛЕЮ ПРИ ЗНАЧНОМУ
СТРУМОВОМУ НАВАНТАЖЕННІ
М.І. Айзацький, В.Ф. Жигло, В.А. Кушнір, В.В. Митроченко, А.М. Опанасенко, С.О. Пережогін
Проведено моделювання самоузгодженої динаміки частинок в початковій частині прискорювача елект-
ронів 10 см-діапазону на хвилі, що біжить. Показана можливість формування субпікосекундних згустків
частинок з порівняно малим поперечним еміттансом при застосуванні в такому прискорювачі інжекторів,
що складаються з діодної електронної гармати і груповачів на коливаннях, що не розповсюджуються. Ефек-
тивність групування досягається за рахунок фазового руху частинок в хвилі, що біжить, яка є суперпозицією
хвиль, що збуджуються генератором НВЧ-потужності і послідовністю інтенсивних згустків. При певній фазі
інжекції згустків в прискорювальну секцію фазова швидкість сумарної хвилі стає менше швидкості світла і,
якщо згустки здійснюють в ній близько чверті синхротронного коливання, можливе формування в згустках
областей з високою щільністю частинок. Для забезпечення малого поперечного еміттансу пучка прискорю-
вач поміщається в аксіально-симетричне магнітне поле спеціальної конфігурації. Згідно з розрахунками,
тривалість згустків на половині висоти може бути зменшена до 430 фемтосекунд при енергії частинок
8,7 МеВ, струмі пучка 0,95 А і нормалізованому поперечному еміттансі 13 мм×мрад.
ON FEMTOSECOND BUNCH FORMATION IN TRAVELING WAVE LINAC AT HIGH BEAM LOADING
ДО ПИТАННЯ ПРО ФОРМУВАННЯ ФЕМТОСЕКУНДНИХ ЗГУСТКІВ ЕЛЕКТРОНІВ НА ВИХОДІ РЕЗОНАНСНОГО ЛІНІЙНОГО ПРИСКОРЮВАЧА З БІГУЧОЮ ХВИЛЕЮ ПРИ ЗНАЧНОМУ СТРУМОВОМУ НАВАНТАЖЕННІ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17018 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T20:40:13Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Айзацкий, Н.И. Жигло, В.Ф. Кушнир, В.А. Митроченко, В.В. Опанасенко, А.Н. Пережогин, С.А. 2011-02-18T11:01:24Z 2011-02-18T11:01:24Z 2010 К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке / Н.И. Айзацкий, В.Ф. Жигло, В.А. Кушнир, В.В. Митроченко, А.Н. Опанасенко, С.А. Пережогин // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 72-75. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17018 621.384.6 Проведено моделирование самосогласованной динамики частиц в начальной части ускорителя электронов 10 см-диапазона на бегущей волне. Показана возможность формирования субпикосекундных сгустков частиц со сравнительно малым поперечным эмиттансом при применении в таком ускорителе инжекторов, состоящих из диодной электронной пушки и группирователей на нераспространяющихся колебаниях. Эффективность группировки достигается за счет фазового движения частиц в бегущей волне, которая является суперпозицией волн, возбуждаемых генератором СВЧ-мощности и последовательностью интенсивных сгустков. При определенной фазе инжекции сгустков в ускоряющую секцию фазовая скорость суммарной волны становится меньше скорости света и, если сгустки совершают в ней около четверти синхротронного колебания, возможно образование в сгустках областей с высокой плотностью частиц. Для обеспечения малого поперечного эмиттанса пучка ускоритель помещается в аксиально-симметричное магнитное поле специальной конфигурации. Согласно расчетам, длительность сгустков на половине высоты может быть уменьшена до 430 фемтосекунд при энергии частиц 8,7 МэВ, токе пучка 0,95 А и нормализованном поперечном эмиттансе 13 мм×мрад. Проведено моделювання самоузгодженої динаміки частинок в початковій частині прискорювача електронів 10 см-діапазону на хвилі, що біжить. Показана можливість формування субпікосекундних згустків частинок з порівняно малим поперечним еміттансом при застосуванні в такому прискорювачі інжекторів, що складаються з діодної електронної гармати і груповачів на коливаннях, що не розповсюджуються. Ефективність групування досягається за рахунок фазового руху частинок в хвилі, що біжить, яка є суперпозицією хвиль, що збуджуються генератором НВЧ-потужності і послідовністю інтенсивних згустків. При певній фазі інжекції згустків в прискорювальну секцію фазова швидкість сумарної хвилі стає менше швидкості світла і, якщо згустки здійснюють в ній близько чверті синхротронного коливання, можливе формування в згустках областей з високою щільністю частинок. Для забезпечення малого поперечного еміттансу пучка прискорювач поміщається в аксіально-симетричне магнітне поле спеціальної конфігурації. Згідно з розрахунками, тривалість згустків на половині висоти може бути зменшена до 430 фемтосекунд при енергії частинок 8,7 МеВ, струмі пучка 0,95 А і нормалізованому поперечному еміттансі 13 мм×мрад. Simulation of self consistent beam dynamics in initial part of the S-band traveling wave electron linac has been carried out. It is shown that formation of subpicosecond bunches with relatively low transversal emittance is possible is such linac using an injector consisted of a diode electron gun and the evanescent wave buncher. Efficiency of bunching is reached due to the phase motion of particles in a traveling wave that is superposition of waves excited by a RF generator and a train of intense bunches in an acceleration section. Phase velocity of the wave becomes lower than that of the light at certain injection phase of bunches and if bunches run a quote of synchrotron period before living the section it is possible of formation of dense regions inside bunches. To provide low transverse emittance of the beam the linac is placed into axially symmetric magnetic field with special configuration. According to the simulations full width at a half of magnitude of bunches can be lowered to 430 femtosecond at particle energy of 8.7 MeV, beam current of 0.95 A and normalized transversal emittance of 13 mm×mrad. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Новые методы ускорения, сильноточные пучки К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке До питання про формування фемтосекундних згустків електронів на виході резонансного лінійного прискорювача з бігучою хвилею при значному струмовому навантаженні On femtosecond bunch formation in traveling wave linac at high beam loading Article published earlier |
| spellingShingle | К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке Айзацкий, Н.И. Жигло, В.Ф. Кушнир, В.А. Митроченко, В.В. Опанасенко, А.Н. Пережогин, С.А. Новые методы ускорения, сильноточные пучки |
| title | К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке |
| title_alt | До питання про формування фемтосекундних згустків електронів на виході резонансного лінійного прискорювача з бігучою хвилею при значному струмовому навантаженні On femtosecond bunch formation in traveling wave linac at high beam loading |
| title_full | К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке |
| title_fullStr | К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке |
| title_full_unstemmed | К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке |
| title_short | К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке |
| title_sort | к вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке |
| topic | Новые методы ускорения, сильноточные пучки |
| topic_facet | Новые методы ускорения, сильноточные пучки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17018 |
| work_keys_str_mv | AT aizackiini kvoprosuoformirovaniifemtosekundnyhsgustkovélektronovnavyhoderezonansnogolineinogouskoritelânabeguŝeivolnepriznačitelʹnoitokovoinagruzke AT žiglovf kvoprosuoformirovaniifemtosekundnyhsgustkovélektronovnavyhoderezonansnogolineinogouskoritelânabeguŝeivolnepriznačitelʹnoitokovoinagruzke AT kušnirva kvoprosuoformirovaniifemtosekundnyhsgustkovélektronovnavyhoderezonansnogolineinogouskoritelânabeguŝeivolnepriznačitelʹnoitokovoinagruzke AT mitročenkovv kvoprosuoformirovaniifemtosekundnyhsgustkovélektronovnavyhoderezonansnogolineinogouskoritelânabeguŝeivolnepriznačitelʹnoitokovoinagruzke AT opanasenkoan kvoprosuoformirovaniifemtosekundnyhsgustkovélektronovnavyhoderezonansnogolineinogouskoritelânabeguŝeivolnepriznačitelʹnoitokovoinagruzke AT perežoginsa kvoprosuoformirovaniifemtosekundnyhsgustkovélektronovnavyhoderezonansnogolineinogouskoritelânabeguŝeivolnepriznačitelʹnoitokovoinagruzke AT aizackiini dopitannâproformuvannâfemtosekundnihzgustkívelektronívnavihodírezonansnogolíníinogopriskorûvačazbígučoûhvileûpriznačnomustrumovomunavantaženní AT žiglovf dopitannâproformuvannâfemtosekundnihzgustkívelektronívnavihodírezonansnogolíníinogopriskorûvačazbígučoûhvileûpriznačnomustrumovomunavantaženní AT kušnirva dopitannâproformuvannâfemtosekundnihzgustkívelektronívnavihodírezonansnogolíníinogopriskorûvačazbígučoûhvileûpriznačnomustrumovomunavantaženní AT mitročenkovv dopitannâproformuvannâfemtosekundnihzgustkívelektronívnavihodírezonansnogolíníinogopriskorûvačazbígučoûhvileûpriznačnomustrumovomunavantaženní AT opanasenkoan dopitannâproformuvannâfemtosekundnihzgustkívelektronívnavihodírezonansnogolíníinogopriskorûvačazbígučoûhvileûpriznačnomustrumovomunavantaženní AT perežoginsa dopitannâproformuvannâfemtosekundnihzgustkívelektronívnavihodírezonansnogolíníinogopriskorûvačazbígučoûhvileûpriznačnomustrumovomunavantaženní AT aizackiini onfemtosecondbunchformationintravelingwavelinacathighbeamloading AT žiglovf onfemtosecondbunchformationintravelingwavelinacathighbeamloading AT kušnirva onfemtosecondbunchformationintravelingwavelinacathighbeamloading AT mitročenkovv onfemtosecondbunchformationintravelingwavelinacathighbeamloading AT opanasenkoan onfemtosecondbunchformationintravelingwavelinacathighbeamloading AT perežoginsa onfemtosecondbunchformationintravelingwavelinacathighbeamloading |