Формування та прискорення пучків у високочастотних джерелах електронів - Автореферат

Формування та прискорення пучків у високочастотних джерелах електронівВ звязку з розширенням областей використання прискорювачів електронів в прикладних цілях особливе значення набувають дослідження і розробка ВЧ гармат з термоемісійними катодами, що є простими та компактними. Дослідження і розробки, результати яких наведені в даній дисертації, виконувалися в рамках Програми робіт по атомній науці і техніці ННЦ ХФТІ на період 1992-2000 рр., затвердженої Мінмашпромом і НАН України 23.03. 1993 р., договору №80/89-35 про науково - дослідну роботу «Теоретичні, експериментальні і дослідно-конструкторські роботи по створенню лінійного прискорювача електронів інжектора технологічного джерела СВ-СКН-600», проекту ГКНТ України №09.02. Метою проведених досліджень було отримання нових знань про фізичні процеси, що протікають в високочастотних гарматах з термоемісійним катодом і створення науково обґрунтованих рекомендацій для розробки на їх основі інжекторних системи з високою якістю пучка, як прецизійних прискорювачів, так і прискорювачів широкого застосування. Для досягнення цієї мети було необхідно провести теоретичне і експериментальне дослідження особливостей динаміки електронів в ВЧ гарматах з термоемісійним катодом, вивчити вплив розподілу електричного поля на осі гармат на характеристики пучка, дослідити ефект бомбардування катода зворотними електронами, виробити шляхи підвищення середнього струму таких гармат, розробити методики експериментального дослідження і настроювання резонансних систем гармат. Вперше на основі числового моделювання динаміки електронів вивчені закономірності впливу форми розподілу поля на осі резонаторної системи ВЧ гармати з термоемісійним катодом на характеристики пучка електронів, як на виході гармати, так і того, що попадає на катод.Якісно описано процеси, які протікають в таких гарматах, показано, що вони сильно завязані між собою завдяки залежності струму емісії з катода від напруженості електричного поля та температури катода. Далі розглянуто рівняння руху електронів в ВЧ полях, спрощення, які можна допустити при моделюванні динаміки частинок в ВЧ гарматах з термоемісійним катодом. Показано, що для типових умов в термоемісійних ВЧ гарматах - імпульсний струм біля 1 А та напруженість електричного поля на осі в сотні кіловольт на сантиметр, впливом просторового заряду на емітанс пучка можна знехтувати, тому що емітовані з катода електрони швидко прискорюються. Для врахування ефекту «навантаження струмом» на амплітуду напруженості поля в резонансній системі гармати був застосований метод, що грунтується на балансі потужності НВЧ джерела, відбитої потужності від резонансної системи, розсіяної потужності в стінках резонаторної системи та потужності пучка. Далі розглянуто методи експериментального дослідження ВЧ гармат - вимірювання електродинамічних характеристик резонансних систем, вимірювання характеристик пучка.Спираючись на результатах числового моделювання динаміки електронів, вивчені закономірності впливу форми розподілу поля на осі резонаторної системи ВЧ гармати з термоемісійним катодом на характеристики електронів, що досягають виходу гармати і тих, що попадають на катод. Показано, що для отримання мінімального емітансу необхідно застосовувати значний фокусуючий вплив на електрони в прикатодній області, формуючи розподіл поля з його значенням у катода приблизно 65% від максимального значення на осі, і оптимально вибираючи довжину резонатора. Умови отримання мінімального емітансу пучка і отримання мінімальної потужності потоку зворотних електронів суперечать один одному, тому при конструюванні ВЧ гармати з термоемісійним катодом необхідно іти на компроміс виходячи з конкретних вимог на характеристики пучка. Показано, що величина імпульсної потужності, що виділяється в катоді під впливом зворотних електронів, може складати 60 - 200 КВТ, в залежності від конкретних умов. Виходячи з отриманих результатів, можна зробити висновок, що зменшення потужності зворотних електронів що влучають на катод шляхом вибору розподілу поля і застосування LAB6 катода є ефективними засобами боротьби з впливом зворотних електронів на характеристики пучка.

Короткий зміст роботи