WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 1998, том 68, № 5 09;10 Регулировка выходной энергии линейного ускорителя на обратной волне длительностью ВЧ импульса © В.В. Козлюк Институт химической кинетики и горения СО РАН, 630090 Новосибирск, Россия (Поступило в Редакцию 5 марта 1997 г.) Рассматриваются вопросы регулировки выходной энергии ускоренного пучка в достаточно широком диапазоне без изменения его интенсивности. Метод регулировки энергии протонов состоит в регулировке длительности импульса высокочастотной мощности, вводимой в ускоритель, а также в регулировке времени задержки между моментом инжекции и моментом появления переднего фронта высокочастотного импульса на входном конце ускорителя. Метод был опробован на ускоряющей секции встречно-штыревого типа длиной 1.25 m линейного протонного ускорителя. Экспериментально показано, что за счет изменения длительности ВЧ импульса в данной секции ускорителя можно получить примерно троекратное изменение энергии электронного пучка на выходе ускорителя без заметного уменьшения интенсивности пучка.

При использовании линейного ускорителя (ЛУ) в Если выбрать l < L, то энергия частиц W(l) будет качестве источника ионизационного излучения полезно меньше выходной энергии ускорителя. Она определяется иметь регулировку выходной энергии ускоренного пучка выражением 1 при сохранении неизменной величины его тока [1]. Во многосекционных резонансных машинах эта регулировка W(l) =e E(z)dz, (2) достигается достаточно просто — отклонением отдель0 ных секций ускорителя [2]. Что касается односекцигде e — заряд электрона, z — продольная координата, онных ЛУ на бегущей волне, то здесь регулировку E(z) — напряженность ускоряющего поля в секции.

энергии осуществляют изменением входной мощности, Установим длительность TI импульсов ВЧ мощности, частоты или фазы высокочастотного (ВЧ) питания [1,3].

равную T, тогда взаимодействие пучка с волной будет Однако это приводит в первом случае к незначительпроисходить только на части секции. Так как инжекция ному изменению выходной энергии, во втором — к осуществляется в момент появления переднего фронрезкому падению ускоренного тока пучка, в третьем — к та импульса ВЧ мощности на выходе из ускоряющей разбиению ЛУ по крайней мере на две секции, что системы, то ускорение частиц начинается с первых усложняет конструкцию самого ускорителя. В данной ячеек секции. В этой части ускоряющей системы будут работе рассматривается методика регулировки выходной происходить группировка и набор энергии частицами.

энергии линейного ускорителя на обратной волне, при Выходная энергия ускорителя при этом будет меньше помощи которой обеспечивается постоянство величины энергии, которой можно было бы достичь на всей длине ускоренного тока пучка.

секции. Таким образом, изменяя длительность T, мыкак Рассмотрим взаимодействие импульсов тока пучка и бы изменяем длину ускоряющей системы, начиная от ВЧ мощности в секции ЛУ на обратной волне. В соотинжекционного конца, в которой происходит взаимодейветствии со схемой ускорения частиц в поле обратной ствие волны с пучком, а значит, и выходную энергию волны [4] подадим вначале в ускоряющую структуру частиц.

ВЧ мощность, распространяющуюся по направлению к Следует отметить, что энергия ускоряемых частиц, инжектору. В момент появления переднего фронта ВЧ находящихся в начале и конце импульса инжекции, импульса на выходе из ускоряющей системы осуществим различна из-за различия времени их взаимодействия инжекцию частиц. Ясно, что из-за встречности движения со встречным потоком импульсов ВЧ мощности. Те частиц и волны время T взаимодействия их между собой частицы, которые находятся в районе переднего фронта существенно сокращается по сравнению с тем, как это тока пучка, ускоряются в течение времени, равного было бы в любом другом случае. Время T выражается длительности импульса ВЧ мощности. Поэтому они формулой [5] набирают максимальную энергию. Здесь же ВЧ мощVg + V T = l, (1) ность выводится из ускоряющей системы. Последующие Vg · V частицы уже не будут взаимодействовать с этой частью где l — пространственная длина взаимодействия частиц ВЧ импульса, а значит, они набирают меньшую энергию.

и волны; V — скорость синхронных частиц пучка, усред- Частицы, находящиеся в зоне заднего фронта тока пучка, ненная по длине участка l; Vg — групповая скорость ускоряются в течение времени, равного длительности распространения ВЧ мощности, усредненная по длине импульса ВЧ мощности за вычетом из него импульса участка l. инжекции. Поэтому они наберут минимальную энергию 136 В.В. Козлюк теля протонов на обратной волне методом электронного моделирования. Длина системы составляет 1.25 m, начальная энергия равна 385 keV (210 eV), конечная — W0 = 1.9MeV (1035 eV). Расчетная величина импульсной ВЧ мощности, подаваемой в ускоряющую систему составляет 180 kW (54 mW). В скобках указаны значения параметров импульсной электронной модели протонного ускорителя, при помощи которой осуществлялась проверка способа. Длительность импульсов тока инжекции составляла 10 ns, а величина ускоренного тока пучка находилась в пределах 10-12 µA. Длительность ВЧ импульсов T регулировалась в диапазоне 80-160 ns. Форма импульсов ВЧ мощности трапециедальная с передними и задними фронтами по 10–15 ns.

Инжекция частиц в секцию осуществлялась в момент Зависимости относительной величины тока пучка от его энерпоявления переднего фронта импульса ВЧ мощности на гии при различных значениях длительности импульса ВЧ выходе ускоряющей системы. Погрешность этого согламощности. T, ns: 1 — 80, 2 — 100, 3 — 120, 4 — 140, 5 — 160;

сования с учетом размытости передних фронтов импульI0 — ускоренный ток пучка.

сов тока пучка и ВЧ мощности не превышала 20 ns.

Измерение импульсных токов пучка осуществлялось при из всех частиц в импульсе. Для уменьшения этой разни- помощи вторично-электронного умножителя [6], а энерцы в энергии необходимо использовать импульсы тока гии частиц — методом задерживающего потенциала [7].

инжекции как можно более короткой длительности. Тем В таблице представлены результаты прямых измерене менее разница энергии в импульсе тока пучка явля- ний и результаты вычислений выходной энергии секции ется принципиально неустранимым недостатком данно- ЛУ. Вычисление выходной энергии ускорителя (2) го способа регулировки выходной энергии ЛУ. Если осуществлялось с использованием формулы (1) ирезульвыбрать l > L, то в этом случае ВЧ мощность будет татов измерений резонансных макетов УС, проведенных заполнять полностью ускоряющую систему в течение авторами работы [8].

всего времени ускорения импульсов тока пучка. Энергия частиц будет равна выходной энергии ускорителя W0 и T, ns V, m/ s Vg, m/ s l, mm W, MeV W, eV Wexp, eV при дальнейшем увеличении длительности T расти не 160 1.38 · 107 1.58 · 107 1252 1.9 1035 будет. Ускорение пучка осуществляется так же, как и в 140 1.3 · 107 1.55 · 107 1064 1.49 812 обычном режиме работы ускорителя.

120 1.22 · 107 1.51 · 107 884 1.14 621 В случае инжекции импульсов тока пучка до момента 100 1.1 · 107 1.46 · 107 714 0.89 485 появления переднего фронта ВЧ импульсов на выходе из 80 1.06 · 107 1.43 · 107 561 0.7 381 ускоряющей системы встреча этих импульсов произойдет внутри секции, где в общем случае нет синхронизма В таблице W, MeB — расчетные значения выходной частиц с волной. В результате нарушения синхронизма энергии частиц протонного ЛУ: W, эВ — пересчитанные не будет ускорения пучка и говорить о регулировке значения этих же энергий для электронной модели;

выходной энергии в данном случае не имеет смысла.

Wexp — измеренные значения выходной энергии секции Значения длительностей импульсов T, необходимые ЛУ на электронной модели. Из сравнения двух последдля регулировки энергии ускорителя, обычно составляют них колонок видно хорошее совпадение вычисленных и величины порядка сотен или даже десятков ns. Сформи- измеренных значений выходной энергии ЛУ. На рисунке ровать такие импульсы на высоком уровне ВЧ мощно- приведены кривые задержки относительной величины сти — не простая техническая задача. Можно обойти тока пучка для длительностей импульсов ВЧ мощности, эту проблему, увеличив длительность Tl ВЧ импульсов указанных в таблице. Видно, что с уменьшением величидо микросекундных значений. В этом случае инжекцию ны T от 160 до 80 ns выходная энергия частиц падает с осуществляют не в момент появления переднего фронта 1040 до 380 eV. При этом ток пучка изменяется не более ВЧ импульсов на выходе ускоряющей системы, а с чем на 10%.

некоторой задержкой. Как было отмечено выше, набор В заключение можно сделать вывод о том, что в линейэнергии частицами в ускоряющей системе пропорциона- ном ускорителе на обратной волне возможна регулировлен величине T. В рассматриваемом случае T = TI - ка выходной энергии частиц, при которой сохраняется и ее можно регулировать изменением длительности TI неизменной величина ускоряемого тока пучка. Ранее [9] импульсов ВЧ мощности или изменением задержки вре- в аналогичной структуре была показана возможность мени инжекции. регулировки выходного тока пучка с сохранением неизСпособ экспериментально проверен на ускоряющей менной величны его выходной энергии. Таким образом, в системе встречно-штыревого типа линейного ускори- методе ускорения заряженных частиц на обратной волне Журнал технической физики, 1998, том 68, № Регулировка выходной энергии линейного ускорителя на обратной волне длительностью ВЧ импульса достигается независимая регулировка выходных значений энергии и тока пучка, что расширяет возможности его применения в области радиационных работ.

Список литературы [1] Рябухин Ю.С., Шальнов А.В. Ускоренные пучки и их применение. М.: Атомиздат, 1980. 192 с.

[2] Линейные ускорители ионов / Под ред. Б.П. Мурина. М.:

Атомиздат, 1978. Т. 1. 260 с.

[3] Жилейко Г.И. Высоковольтные электронные пучки. М.:

Энергия, 1968. 240 с.

[4] Богомолов А.С. // ДАН СССР. 1973. Т. 208. № 6.

С. 1328–1329.

[5] Козлюк В.В. А.С. № 1711349 (CCCР). БИ. 1992. № 5.

[6] Борисенко А.Н., Козлюк В.В., Перов В.В. // ПТЭ. 1988.

№ 2. С. 133–135.

[7] Шульман Ф.Р., Фридрихов С.А. Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела. М.: Наука, 1977. 552 с.

[8] Перов В.В., Павлов В.М., Козлюк В.В. // ВАНТ. Сер.

Техника физ. экспериментов. 1979. № 1/3. С. 7.

[9] Козлюк В.В., Перов В.В. // Тез. докл. XII Всесоюз. семинара по линейным ускорителям заряженных частиц. Харьков, 1991. С. 116.

Журнал технической физики, 1998, том 68, №




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.