Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов
Рассмотрен ускоряюще-фокусирующий канал сильноточного линейного ускорителя тяжелых ионов с отношением массового числа к зарядовому A/q ≤ 20. Канал рассчитан на формирование и ускорение пучка от энергии 100 кэВ/нукл. до 8,5 МэВ/нукл. Функционально в состав канала входят предобдирочная (энергия до 1 М...
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17021 |
| 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: | Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов / Б.В. Зайцев, С.С. Тишкин, Н.Г. Шулика // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 85-89. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17021 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-170212025-02-09T09:55:17Z Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов Перспектива використання комбінованого високочастотного фокусування в сильнострумових лінійних прискорювачах важких іонів The prospects for combined high-frequency focusing usage in high-current heavy ion linacs Зайцев, Б.В. Тишкин, С.С. Шулика, Н.Г. Новые методы ускорения, сильноточные пучки Рассмотрен ускоряюще-фокусирующий канал сильноточного линейного ускорителя тяжелых ионов с отношением массового числа к зарядовому A/q ≤ 20. Канал рассчитан на формирование и ускорение пучка от энергии 100 кэВ/нукл. до 8,5 МэВ/нукл. Функционально в состав канала входят предобдирочная (энергия до 1 МэВ/нукл.) и основная секции (энергия до 8,5 МэВ/нукл). Устойчивость движения ионов в предобдирочной и основной секциях обеспечивается комбинацией переменно-фазовой и высокочастотной квадрупольной фокусировок. Предложена схема реализации данного типа фокусировки на базе IH-структур. Проведено численное моделирование динамики пучка. Канал позволяет ускорять пучки ионов с током до 10 мА. Розглянуто прискорюючо-фокусуючий канал сильнострумового лінійного прискорювача важких іонів з відношенням масового числа до зарядового A/q ≤ 20. Канал розраховано на формування та прискорення пучків від 100 кеВ/нукл. до 8,5 МеВ/нукл. Функціонально до складу каналу входять предобдиркова (до 1 МеВ/нукл.) та основна секціі (до 8,5 МеВ/нукл.). Стійкість руху іонів у предобдирковій та основній секціях забезпечується за допомогою комбінації змінно-фазового та високочастотного квадрупольного фокусувань. Запропоновано схему реалізації даного типу фокусування на базі IH-структур. Проведено чисельне моделювання динаміки пучків. Канал дозволяє прискорювати пучки іонів зі струмом до 10 мА. The study is made into a channel for acceleration and focusing of heavy ions with mass-charge ratio A/q ≤ 20 in a high-current linear accelerator. The channel is designed to form and accelerate charged particle beams from 100 keV/u up to 8.5 MeV/u. Functionally the channel comprises a pre-stripping section and a main part. Ion stable motion in pre-stripping and main sections is provided by combination of phase-alternating focusing with quadrupole high-frequency one. A way of implementation of this focusing type based on the IH structures is suggested. Numerical simulation of the beam dynamics has been carried out. The channel makes acceleration of ion beams with current up to 10 mA possible. 2010 Article Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов / Б.В. Зайцев, С.С. Тишкин, Н.Г. Шулика // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 85-89. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17021 621.384.6 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 |
Новые методы ускорения, сильноточные пучки Новые методы ускорения, сильноточные пучки |
| spellingShingle |
Новые методы ускорения, сильноточные пучки Новые методы ускорения, сильноточные пучки Зайцев, Б.В. Тишкин, С.С. Шулика, Н.Г. Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов |
| description |
Рассмотрен ускоряюще-фокусирующий канал сильноточного линейного ускорителя тяжелых ионов с отношением массового числа к зарядовому A/q ≤ 20. Канал рассчитан на формирование и ускорение пучка от энергии 100 кэВ/нукл. до 8,5 МэВ/нукл. Функционально в состав канала входят предобдирочная (энергия до 1 МэВ/нукл.) и основная секции (энергия до 8,5 МэВ/нукл). Устойчивость движения ионов в предобдирочной и основной секциях обеспечивается комбинацией переменно-фазовой и высокочастотной квадрупольной фокусировок. Предложена схема реализации данного типа фокусировки на базе IH-структур. Проведено численное моделирование динамики пучка. Канал позволяет ускорять пучки ионов с током до 10 мА. |
| format |
Article |
| author |
Зайцев, Б.В. Тишкин, С.С. Шулика, Н.Г. |
| author_facet |
Зайцев, Б.В. Тишкин, С.С. Шулика, Н.Г. |
| author_sort |
Зайцев, Б.В. |
| title |
Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов |
| title_short |
Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов |
| title_full |
Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов |
| title_fullStr |
Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов |
| title_full_unstemmed |
Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов |
| title_sort |
перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Новые методы ускорения, сильноточные пучки |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17021 |
| citation_txt |
Перспектива применения комбинированной высокочастотной фокусировки в сильноточных линейных ускорителях тяжелых ионов / Б.В. Зайцев, С.С. Тишкин, Н.Г. Шулика // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 85-89. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT zajcevbv perspektivaprimeneniâkombinirovannojvysokočastotnojfokusirovkivsilʹnotočnyhlinejnyhuskoritelâhtâželyhionov AT tiškinss perspektivaprimeneniâkombinirovannojvysokočastotnojfokusirovkivsilʹnotočnyhlinejnyhuskoritelâhtâželyhionov AT šulikang perspektivaprimeneniâkombinirovannojvysokočastotnojfokusirovkivsilʹnotočnyhlinejnyhuskoritelâhtâželyhionov AT zajcevbv perspektivavikoristannâkombínovanogovisokočastotnogofokusuvannâvsilʹnostrumovihlíníjnihpriskorûvačahvažkihíonív AT tiškinss perspektivavikoristannâkombínovanogovisokočastotnogofokusuvannâvsilʹnostrumovihlíníjnihpriskorûvačahvažkihíonív AT šulikang perspektivavikoristannâkombínovanogovisokočastotnogofokusuvannâvsilʹnostrumovihlíníjnihpriskorûvačahvažkihíonív AT zajcevbv theprospectsforcombinedhighfrequencyfocusingusageinhighcurrentheavyionlinacs AT tiškinss theprospectsforcombinedhighfrequencyfocusingusageinhighcurrentheavyionlinacs AT šulikang theprospectsforcombinedhighfrequencyfocusingusageinhighcurrentheavyionlinacs |
| first_indexed |
2025-11-25T14:44:43Z |
| last_indexed |
2025-11-25T14:44:43Z |
| _version_ |
1849773933920780288 |
| fulltext |
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (54), p.85-89. 85
УДК 621.384.6
ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ
ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ФОКУСИРОВКИ В СИЛЬНОТОЧНЫХ
ЛИНЕЙНЫХ УСКОРИТЕЛЯХ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ
Б.В. Зайцев, С.С. Тишкин, Н.Г. Шулика
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
E-mail: tishkin@kipt.kharkov.ua
Рассмотрен ускоряюще-фокусирующий канал сильноточного линейного ускорителя тяжелых ионов с от-
ношением массового числа к зарядовому A/q ≤ 20. Канал рассчитан на формирование и ускорение пучка от
энергии 100 кэВ/нукл. до 8,5 МэВ/нукл. Функционально в состав канала входят предобдирочная (энергия до
1 МэВ/нукл.) и основная секции (энергия до 8,5 МэВ/нукл). Устойчивость движения ионов в предобдирочной
и основной секциях обеспечивается комбинацией переменно-фазовой и высокочастотной квадрупольной
фокусировок. Предложена схема реализации данного типа фокусировки на базе IH-структур. Проведено чис-
ленное моделирование динамики пучка. Канал позволяет ускорять пучки ионов с током до 10 мА.
1. ВВЕДЕНИЕ
В современных линейных резонансных ускори-
телях ионов условно можно выделить следующие
основные системы: инжектор (энергия до 120 кэВ),
начальную часть ускорителя (НЧУ, энергия
~ 2…7 МэВ) и основную часть ускорителя (ОЧУ). В
качестве НЧУ обычно применяется структура с про-
странственно-однородной квадрупольной фокуси-
ровкой (ПОКФ или RFQ в английской транскрип-
ции), предложенная В.А. Тепляковым и
И.М. Капчинским [1]. В качестве ОЧУ используют-
ся структуры с трубками дрейфа и квадрупольными
электромагнитными или твердотельными линзами,
расположенными внутри трубок дрейфа или вне
резонатора. Значительно упростить ускоряющие
структуры ОЧУ можно, если для фокусировки час-
тиц использовать самоускоряющее поле. Примером
ускорителя, работающего без применения внешних
фокусирующих устройств, является протонный ин-
жектор на 30 МэВ «УРАЛ-30» [2]. Для фокусировки
и ускорения пучка в основной части ускорителя в
нем используется концепция «двойного зазора» [3].
Кроме этого, для обеспечения устойчивости
движения частиц используются или предлагаются
различные варианты переменно-фазовой фокуси-
ровки (ПФФ). Однако в сильноточных вариантах
ускорителей с ПФФ могут использоваться только
такие режимы фокусировки, при которых очень
медленно затухают продольные колебания частиц,
что, в свою очередь, требует повышенной мощности
ВЧ-питания. Изменить режимы ВЧ-фокусировки
можно, если использовать комбинированную высо-
кочастотную фокусировку (КВЧФ) [4].
В данной работе рассмотрены различные вариан-
ты комбинированной высокочастотной фокусировки
для ускорителей тяжелых ионов, предложена схема
их реализации на базе IH-структур. Проведено чис-
ленное моделирование динамики пучка в каналах с
КВЧФ для частиц с отношением массового числа к
зарядовому A/q=20 в диапазоне энергий
0,1…1 МэВ/нукл. и для частиц с отношением A/q=5
в диапазоне энергий 1…8,5 МэВ/ нукл.
2. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ
УСКОРЯЮЩЕ-ФОКУСИРУЮЩЕГО
КАНАЛА С КОМБИНИРОВАННОЙ
ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ФОКУСИРОВКОЙ
В общем случае задача построения ускоряюще-
фокусирующего тракта линейного ускорителя явля-
ется трехмерной и может включать все известные
способы обеспечения радиально-фазовой устойчи-
вости частиц. В настоящее время преимущественно
используются два таких метода: ВЧ-квадрупольная
[5] и переменно-фазовая [6-8] фокусировки. Их со-
вместное использование является физически непро-
тиворечивым и позволяет строить ускоряюще-
фокусирующие тракты линейных ускорителей для
различных сортов частиц и диапазонов энергий.
Отметим отличие структур с КВЧФ от структур с
«двойным зазором» (УРАЛ-30 и УРАЛ-30М). В по-
следних для обеспечения радиально-фазовой устой-
чивости пучка в каждый ускоряющий зазор вводит-
ся дополнительный электрод, который разделяет
зазор на две части: осесимметричную и квадруполь-
ную. В первой части происходит ускорение и фази-
ровка частиц, во второй – за счет введения дополни-
тельных электродов («рогов») создается квадру-
польная компонента поля. Периодическое измене-
ние ориентации ВЧ-квадруполя в соседних уско-
ряющих периодах обеспечивает радиальную устой-
чивость движения частиц. При такой структуре ус-
коряющего периода значение синхронной фазы на
осесимметричном участке должно быть отрицатель-
ным. Учитывая ограничения на длину периода, не-
обходимые для поддержки синхронизма между
движением частиц и ВЧ-полем, фаза частиц на
квадрупольном участке периода жестко привязана к
синхронной фазе в осесимметричном зазоре. В
структурах с КВЧФ такого ограничения нет. Как и в
каналах с ПФФ значение фазы синхронной частицы
на ускоряющих периодах может быть как положи-
тельным, так и отрицательным. Это позволяет рас-
ширить возможности построения вариантов уско-
ряюще-фокусирующих периодов для различных
задач. В случае КВЧФ квадрупольный участок за-
нимает не часть ускоряющего периода, а весь пери-
од, а следовательно, является более эффективным.
Усилить фокусирующий эффект можно, используя
сдвоенные участки (Рис.1). При этом возможно пе-
рейти к более высокой частоте, сохраняя приемле-
мую апертуру ускоряющего канала и увеличивая
длину фокусирующего периода за счет осесиммет-
ричных ускоряющих зазоров. Это позволяет, с од-
ной стороны, уменьшить геометрические размеры
структуры, а с другой - повысить темп ускорения за
счет дополнительных ускоряющих зазоров. Еще
одним вариантом КВЧФ является сочетание пере-
менно-фазовой фокусировки и фокусировки высо-
кочастотными триплетами (Рис.2) или использова-
ние концепции KONUS (Combined 0° Synchronous
Particle Structure) [9] с заменой магнитных трипле-
тов на высокочастотные. Конструктивной особенно-
стью данного типа фокусировки является необходи-
мость снижения разности потенциалов на квадру-
польных участках относительно осесимметричных
зазоров. Для IH-структуры осуществить такую регу-
лировку можно азимутальным вращением штанги,
на которой крепится центральная трубка дрейфа
квадрупольного участка фокусировки. Для улучше-
ния механической прочности можно использовать
две симметричные штанги (см. Рис.1,2).
Рис.1. Участок IH-структуры, содержащий
сдвоенный ВЧ-квадруполь
Рис.2. Участок IH-структуры, содержащий
ВЧ-триплет
3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ
ПАРАМЕТРЫ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ
УСКОРЯЮЩЕ-ФОКУСИРУЮЩИХ
КАНАЛОВ С КВЧФ
Рассмотрим возможность применения КВЧФ в
ускорителях тяжелых ионов на примере линейного
ускорителя многозарядных ионов (ЛУМЗИ) ННЦ
ХФТИ. Функционально в его состав входят инжек-
тор (энергия 500 кэВ), предобдирочная секция
(1 МэВ/нукл., A/q=14) и основная секция
(8,5 МэВ/нукл., А/q=5). С целью улучшения устой-
чивости работы инжекторной системы в настоящее
время рассматривается возможность замены высо-
ковольтного инжектора на низковольтный инжектор
120 кВ и начальную часть ускорителя на основе
структуры RFQ. Преимущество КВЧФ перед фоку-
сировкой магнитными линзами в том, что, в отличие
от последней, фокусирующие силы при фокусиров-
ке ВЧ-квадруполями не зависят от скорости частиц.
Это позволяет сократить длину секции.
В Табл.1,2 представлены основные параметры
ускоряюще-фокусирующего канала и характеристи-
ки пучка с КВЧФ (A/q=20) для двух вариантов фо-
кусировки. Первый вариант – фокусировка сдвоен-
ными ВЧ-дуплетами, второй – фокусировка ВЧ-
триплетами. В первом варианте используется струк-
тура фокусирующего периода FOOODDOOOF, где F
– ускоряющий период, содержащий квадрупольный
участок, фокусирующий в одной из поперечных
плоскостей; D – дефокусирующий период; О – осе-
симметричный ускоряющий период. Фаза синхрон-
ной частицы в осесимметричных зазорах (-23°). Во
втором варианте число ускоряющих периодов раз-
лично для каждого фокусирующего периода и опре-
деляется в результате численного моделирования
динамики частиц в ускоряющем канале. Общий
принцип построения фокусирующего периода сле-
дующий: 2-3 группирующих периода с отрицатель-
ной синхронной фазой, участок с нулевой синхрон-
ной фазой и ВЧ-триплет.
Расчет параметров ускоряюще-фокусирующего
тракта НЧУ и моделирование динамики частиц про-
водились в среде разработки APFRFQ [4]. Для учета
сил объемного заряда использовался метод крупных
частиц РР (частица–частица). Число частиц, исполь-
зуемых при численном моделировании, равно 7200.
На Рис.3,4 представлены выходные параметры пуч-
ка для двух вариантов фокусирующих каналов. От-
метим, что фокусировка сдвоенными ВЧ-дуплетами,
несколько уступая по темпу ускорения, значительно
превосходит вариант с фокусировкой ВЧ-
триплетами по величине ускоряемых токов. На
Рис.5 показана зависимость ускоренного тока от
тока инжекции для варианта со сдвоенными ВЧ-
дуплетами. Максимальный ток, ускоряемый со
100% трансмиссией пучка, составляет 20 мА. Для
варианта с ВЧ-триплетами это значение равно 9 мА,
при меньшем значении входного эмиттанса пучка,
большей энергии инжекции (см. Табл.2) и значении
фокусирующих градиентов на квадрупольных уча-
стках в 2 раза выше, чем в первом варианте.
Использование КВЧФ позволяет предельно упро-
стить и основную секцию ускорителя, в которой про-
исходит ускорение частиц после обдирки. Диапазон
энергий основной секции составляет
1…8,5 МэВ/нукл., A/q=5, рабочая частота 47,2 МГц.
Фокусировка осуществляется 20 электромагнитными
линзами. В структурах с КВЧФ не требуетcя приме-
нения внешних фокусирующих устройств. Кроме
этого, переход на кратную частоту 94,4 МГц позволя-
ет в 2 раза уменьшить поперечные размеры резонато-
ра и увеличить максимальное ускоряющее поле в
осесимметричном зазоре с 90 до 125 кВ/см.
86
Таблица 1
Основные параметры ускоряюще-фокусирующего
канала предобдирочной секции с КВЧФ
для 2-х вариантов фокусировки
Рис.3. Выходные параметры пучка при фокусировке
сдвоенными ВЧ-дуплетами
Варианты Параметры 1 2
Рабочая частота, МГц 47,2 47,2
Длина канала, см 792 600
Число ускоряющих зазо-
ров 83 60
Апертура (радиус) канала,
см 0,8…1,2 0,8…1,1
Длина фокусирующего
периода, βλ/2 10 11, 13, 14, 12,
10
Распределение фаз син-
хронных частиц на фоку-
сирующем периоде, град
0,3(-23),0
0,3(-23),0
3(-30),8(0);
2(-35),11(0);
3(-35),11(0);
Таблица 2
Расчетные параметры пучка
2(-35),10(0);
2(-35),8(0)
Максимальная напряжен-
ность поля на поверхно-
сти электродов в «рога-
тых» зазорах, кВ/см
176 195
Максимальная напряжен-
ность поля на оси осесим-
метричного зазора, кВ/см
Рис.4. Выходные параметры пучка при фокусировке
ВЧ-триплетами
90 90
Варианты
Параметры 1 2
Отношение массового числа к
зарядовому 20 20
Энергия инжекции, кэВ/нукл. 100 150
Выходная энергия, МэВ/нукл. 1 1
Ток инжекции, мA 10 10
Ускоренный ток, мА 10
Рис.5. Зависимость ускоренного тока от тока
инжекции при фокусировке сдвоенными
ВЧ-дуплетами
В Табл.3 и на Рис.6 представлены выходные па-
раметры пучка для четырех вариантов КВЧФ. Ток
инжекции 5 мА (А/q=5), значения входных норма-
лизованных эмиттансов: εx,y (rms) = 0,165 мм⋅мрад;
εx,y (99%) = 1,02 мм⋅мрад; εz (rms) = 52,5 град⋅кэВ/нукл.;
εz (99%) = 331,3 град⋅кэВ/нукл.
9,5
Входные эмиттансы пучка
εx (rms), мм⋅мрад 0,092 0,076
εy (rms), мм⋅мрад 0,090 0,076
εz (rms), град⋅кэВ/нукл. 13,46 7,85
εx (100%), мм⋅мрад 0,678 0,563
εy (100%), мм⋅мрад 0,694 0,563
εz (100%), град⋅кэВ/нукл. 102,67 50,75
Выходные эмиттансы пучка
εx (rms), мм⋅мрад 0,110 0,140
εy (rms), мм⋅мрад 0,111 0,143
εz (rms), град⋅кэВ/ нукл.
Использовались следующие варианты фокуси-
рующих периодов: 14,76 16,85
εx (99%), мм⋅мрад 0,901 1,011
εy (99%), мм⋅мрад
1. Сдвоенные ВЧ-дуплеты, разделенные тремя
осесимметричными зазорами (FOOODDOOOF).
Распределение фаз синхронных частиц на фокуси-
рующем периоде: 0°,3 (-23°), 2(0°),3 (-23°), 0°.
2. Сдвоенные ВЧ-дуплеты, разделенные пятью
зазорами (FOOOOODDOOOOOF). Фазы синхрон-
ных частиц: 0°,4(-23°), 3(0°), 4(-23°), 2(0°).
0,974 1,024
εz (99%), град⋅кэВ/ нукл. 113,4 179,5
2,27 Темп ускорения, МэВ/м 2,83
87
а б
в г
Рис.6. Выходные параметры четырех вариантов КВЧФ основной секции (A/q=5):
сдвоенный ВЧ-квадруполь, длина фокусирующего периода 5 βλ (а); сдвоенный ВЧ-квадруполь, длина
фокусирующего периода 7 βλ (б); ВЧ-дуплет, длина фокусирующего периода 7/2 βλ (в); ВЧ-триплет (г)
3. Фокусировка одиночным ВЧ-дуплетом
(FDOOOOO). Фазы синхронных частиц: 4(0°),
2(-30°), -20°.
4. Фокусировка ВЧ-триплетами (7(O),FDDF);
(9(О),DFFD); (10(О),FDDF); (8(О),DFFD); 10(O).
Фазы синхронных частиц: 3(-30°), 8(0°); 2(-35°),
11(0°); 3(-35°), 11(0°); 2(-35°), 10(0°); 2(-35°), 8(0°).
Из рассмотренных типов фокусировок макси-
мальным значением ускоренного тока при мини-
мальном росте эмиттаса пучка обладает первый
вариант. Предельный ток при 100% трансмиссии
пучка составляет 10 мА. В остальных случаях темп
ускорения выше, однако, предельный ток пучка
меньше при более высоком росте эмиттанса пучка.
Таблица 3
Основные расчетные параметры четырех вариантов КВЧФ основной секции (A/q=5)
Варианты Параметры
1 2 3 4
Длина канала, см 1182 984 1025 858
Число зазоров 82 69 70 64
Апертура канала (радиус), см 0,8…1,2 0,8…1,2 0,8…1,1 0,8…1,1
Энергия инжекции, МэВ/нукл. 1 1 1 1
Выходная энергия, МэВ/нукл. 8,5 8,5 8,5 7,8
Ток инжекции, мА 5 5 5 5
Ускоренный ток, мА 5 5 5 4,9
Выходные эмиттансы пучка
εx (rms), мм⋅мрад
εy (rms), мм⋅мрад
εz (rms), град⋅кэВ/нукл.
εx (99%), мм⋅мрад
εy (99%), мм⋅мрад
εz (99%), град⋅кэВ/нукл.
0,174
0,171
57,19
1,182
1,153
476,6
0,231
0,209
61,52
2,191
1,894
567,17
0,177
0,182
60,86
1,218
1,349
616,34
0,215
0,213
64,85
1,928
1,765
795,5
Темп ускорения, МэВ/м 3,2 3,8 3,65 3,96
88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты математического моделирования
движения частиц в канале с комбинированной
фокусировкой позволяют сделать вывод о пер-
спективности этого метода для разработки
сильноточных линейных ускорителей тяжелых
ионов.
ЛИТЕРАТУРА
1. И.М. Капчинский, В.А Тепляков. Линейный
ускоритель ионов с пространственно-
однородной жесткой фокусировкой // ПТЭ.
1970, №2, с.19-22.
2. А.А. Егоров и др. Запуск линейного ускори-
теля протонов Урал-30 // ЖТФ. 1981, т.81,
№8, с.1643-1647.
3. В.А. Тепляков. Фокусировка ускоряющим
полем // ПТЭ. 1964, с.23-27.
4. С.С. Тишкин. Комбинированная фокусиров-
ка высокочастотным полем в линейных ус-
корителях ионов // Вестник Харьковского на-
ционального университета. Серия физическая
«Ядра, частицы, поля». 2008, №808, в.2(38),
с.37-46.
5. В.В. Владимирский. Вариант жесткой фокуси-
ровки в линейном ускорителе // ПТЭ. 1956, №3,
с.35-39.
6. M.L. Good. Phase-reversal focusing in Linear Ac-
celerators // Phys.Rev. 1953, № 2, p.538-541.
7. Я.Б. Файнберг. Переменно-фазовая фокусировка
в линейных ускорителях // ЖТФ. 1959, т.29, в.5,
с.568-569.
8. В.Г. Папкович, Н.А. Хижняк, Н.Г. Шулика. Пе-
ременно-фазовая фокусировка в линейном ус-
корителе // ВАНТ. Серия «Техника физического
эксперимента». 1978, в.2 (2), с.51-56.
9. U. Ratzinger, R. Tiede. Status of the HIIF RF linac
study based on H-mode cavities // Nucl. Instr. and
Meth. in Phys. Res. 1998, A415, p.229-235.
Статья поступила в редакцию 27.11.2009 г.
THE PROSPECTS FOR COMBINED HIGH-FREQUENCY FOCUSING USAGE
IN HIGH-CURRENT HEAVY ION LINACS
B.V. Zajtsev, S.S. Tishkin, M.G. Shulika
The study is made into a channel for acceleration and focusing of heavy ions with mass-charge ratio A/q ≤ 20 in
a high-current linear accelerator. The channel is designed to form and accelerate charged particle beams from
100 keV/u up to 8.5 MeV/u. Functionally the channel comprises a pre-stripping section and a main part. Ion stable
motion in pre-stripping and main sections is provided by combination of phase-alternating focusing with quadrupole
high-frequency one. A way of implementation of this focusing type based on the IH structures is suggested. Nu-
merical simulation of the beam dynamics has been carried out. The channel makes acceleration of ion beams with
current up to 10 mA possible.
ПЕРСПЕКТИВА ВИКОРИСТАННЯ КОМБІНОВАНОГО ВИСОКОЧАСТОТНОГО
ФОКУСУВАННЯ В СИЛЬНОСТРУМОВИХ ЛІНІЙНИХ ПРИСКОРЮВАЧАХ ВАЖКИХ ІОНІВ
Б.В. Зайцев, С.С. Тішкін, М.Г. Шулика
Розглянуто прискорюючо-фокусуючий канал сильнострумового лінійного прискорювача важких іонів з
відношенням масового числа до зарядового A/q ≤ 20. Канал розраховано на формування та прискорення пу-
чків від 100 кеВ/нукл. до 8,5 МеВ/нукл. Функціонально до складу каналу входять предобдиркова (до
1 МеВ/нукл.) та основна секціі (до 8,5 МеВ/нукл.). Стійкість руху іонів у предобдирковій та основній секці-
ях забезпечується за допомогою комбінації змінно-фазового та високочастотного квадрупольного фокусу-
вань. Запропоновано схему реалізації даного типу фокусування на базі IH-структур. Проведено чисельне
моделювання динаміки пучків. Канал дозволяє прискорювати пучки іонів зі струмом до 10 мА.
89
|