Формування та прискорення електронних пучків високої яскравості в інжекторних системах лінійних резонансних прискорювачів - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Формування ТА прискорення електронних пучків високої яскравості в інжекторних системах лінійних резонансних прискорювачівОдним з типів прискорювачів, що отримали значне розповсюдження в науці і техніці, є лінійні резонансні прискорювачі електронів (ЛПЕ). Пучки на виході ЛПЕ можуть при значній інтенсивності мати енергію частинок, яка недосяжна для прискорювачів електронів інших типів, малий емітанс й незначний енергетичний розкид частинок. Значною мірою ця тенденція підвищення вимог до якості пучка була ініційована розробкою лазерів на вільних електронах (ЛВЕ) і лінійних колайдерів, а також значним інтересом до досягнення екологічної чистоти радіаційних технологій з використанням прискорювачів електронів. Таким чином, основна тенденція розвитку галузей експериментальної фізики, що використовують релятивістські електронні пучки, а також застосування прискорювачів у галузі високих технологій зумовлюють необхідність і доцільність проведення дослідження фізичних процесів формування і прискорення електронних пучків з високою яскравістю. Дослідження і розробки, результати яких наведені в дисертації, повязані з тематикою ННЦ ХФТІ і виконувалися в рамках Державних програм: "Програма робіт з атомної науки і техніки Національного наукового центру "Харківський фізико-технічний інститут" на період 1992 - 2000 рр." (Постанова Кабінету Міністрів України №558 від 20.07.1993 р.), "Програма проведення фундаментальних досліджень з атомної науки і техніки Національного наукового центру "Харківський фізико-технічний інститут" до 2005 року" (Розпорядження Кабінету Міністрів України № 421-р від 13.09.2001 р.), а також у рамках тем НДР: "Теоретичне моделювання і експериментальне дослідження динаміки процесів колективної взаємодії в багатосекційних резонансних ЛПЕ" (1988, №ГР У38601), "Теоретичні, експериментальні і дослідно-конструкторські роботи із створення лінійного прискорювача електронів - інжектора технологічного джерела СВ - СКН-600" (договір № 80/89-35), "Теоретичне і експериментальне дослідження фізичних процесів і динаміки частинок у прискорювачі "Лазерний інжекторний комплекс" (ЛІК)" (08/35, 1997-1998 рр), проекту ДКНТ України № 09.02.01/014-92, проектів Державного фонду фундаментальних досліджень № № 2.4/673, 2.5.1/39.Найважливішими з них для ВЧ гармат з термокатодами є зворотне бомбардування катода, що обмежує середній струм і приводить до часової зміни параметрів пучка, а для фотоемісійних ВЧ гармат - відсутність даних про можливість використання катодів з високою квантовою ефективністю й задовільними експлуатаційними характеристиками. Пристрої й апаратура дозволяють проводити дослідження характеристик і вимірювання наступних параметрів електронного пучка: енергії й розподілу частинок по енергії (до 2 МЕВ), імпульсного струму пучка (до 15 А), фазової протяжності згустків, функції фазо-енергетичного розподілу, розмірів пучка і його поперечного емітансу. За допомогою програм EGUN, PARMELA, TRACE 3D створено модель установки, яка дозволяє паралельно з експериментами проводити як чисельне моделювання динаміки електронів в інжекторі, так і моделювання процесу вимірювання параметрів пучка. На першому етапі розрахунків методом чисельного моделювання були визначені характеристики потоку електронів, що бомбардують катод, а потім проведений розрахунок зміни температури поверхні катода для трьох найбільш поширених типів резонансної системи (рис.4). Вивчено основні залежності параметрів пучка, які визначаються температурою поверхні катода й потужністю потоку електронів, що бомбардують катод.Ця проблема полягає у виявленні нових фізичних закономірностей процесів емісії та прискорення електронних пучків у високочастотних джерелах і прискорюючих структурах інжекторних систем, з метою збільшення яскравості пучка і створення прискорювачів з якісно новими характеристиками. Для розвязання поставлених задач створено експериментальну й методичну базу, що забезпечує проведення комплексних експериментальних досліджень, проведено дослідження різних механізмів емісії електронів і формування згустків у ВЧ гарматах з катодами різних типів, досліджено динаміку частинок у прискорюючих структурах інжекторних систем. Особливу увагу приділено методам дослідження часового розподілу густини електронів у згустках. Показано, що найкращі характеристики мають системи з круговою поляризацією відхилюючого НВЧ поля, які забезпечують часову роздільну здатність до 5?10-13 сек у діапазоні енергій частинок і пікових струмів пучка 0.05 - 2 МЕВ і 10-3 - 15 А відповідно. Уперше експериментально досліджено процес фотоемісії електронів з поверхні металопористого оксидного катода в присутності НВЧ поля 10-см діапазону значної (більше 107 В/м) напруженості.

Основний зміст роботи