Прискорення іонів полем просторового заряду сильнострумового релятивістського електронного пучка з інжекцією плазми та модуляцією просторового-періодичним магнітним полем - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук ПРИСКОРЕННЯ ІОНІВ ПОЛЕМ ПРОСТОРОВОГО ЗАРЯДУ СИЛЬНОСТРУМОВОГО РЕЛЯТИВІСТСЬКОГО ЕЛЕКТРОННОГО ПУЧКА З ІНЖЕКЦІЄЮ ПЛАЗМИ ТА МОДУЛЯЦІЄЮ ПРОСТОРОВО-ПЕРІОДИЧНИМ МАГНІТНИМ ПОЛЕМЗахист відбудеться “20” січня 2009 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.845.01 у Національному науковому центрі “Харківський фізико-технічний інститут” за адресою: 61108, м. Споруджено експериментальний стенд колективного прискорювача іонів, що складається з сильнострумового імпульсного електронного прискорювача, що базується на магніто-ізольованому діоді й генерує трубчастий сильнострумовий релятивістський електронний пучок (СРЕП), з системи плазмових гармат для зовнішньої інжекції плазми в область віртуального катоду та з просторово-періодичного магнітного поля, призначеного для просторової модуляції СРЕП. Отримане прискорення іонів плазми електричним полем віртуального катоду, потік яких слугує інжектором в основну секцію, де прискорення здійснюється хвилею просторового заряду, що виникає при модуляції СРЕП у часі і в просторі. Параметри іонного пучка, прискореного полем віртуального катоду: енергія 490 КЕВ, струм 200 А, щільність потоку іонів (5,1-7,2)?107 см-2, тривалість імпульсу 50 нс, іони займають всю область трубчастого СРЕП. Acceleration of plasma ions by an electric field of the virtual cathode is obtained which stream serves as an injector to the main section where acceleration is provided by the space charge wave arising at IREB modulation in time and in space.Фізика високих енергій і ядерна фізика, для яких прискорювачі являються головним дослідницьким інструментом, матеріалознавство, медицина, біологія, новітні технології, в яких використовуються прискорювачі, для подальшого розвитку потребують пошуку нових фізичних принципів прискорення заряджених частинок з метою зменшення габаритів і вартості прискорювальної техніки. Характерна особливість даних методів полягає в тому, що в них основну роль відіграє взаємодія частинок, що прискорюються, з самоузгодженими колективними полями просторового заряду або струмами, обумовленими сукупністю електронів плазми, релятивістських пучків, кілець, згустків та інших утворень. В дисертації експериментально досліджується перспективний метод прискорення іонів в квазістаціонарному полі просторового заряду віртуального катоду (ВК), створеного сильнострумовим релятивістським електронним пучком (СРЕП) в дрейфовому просторі, та в полі повільної хвилі просторового заряду, що виникає в СРЕП при його модуляції в часі та в просторі. При виконанні даної дисертаційної роботи вперше були отримані наступні результати: формування іонного інжектора в колективному прискорювачі іонів реалізовано з використанням плазми, що інжектувалася радіально ззовні з 4-х плазмових гармат в область ВК. локалізація місця утворення ВК закритичного СРЕП досягнута введенням електродинамічного стрибка камери дрейфу СРЕП. модуляція СРЕП у часі реалізована електричним полем ВК, низькочастотна модуляція якого обумовлена періодичною компенсацією просторового заряду ВК іонами інжектованої плазми. експериментально досліджена динаміка поперечних розмірів СРЕП при його транспортуванні в просторово-періодичному магнітному полі та показано, що вона забезпечує просторову модуляцію СРЕП. розроблена й використана ядерно-фізична методика, заснована на ядерній реакції 11B(p,a)8Be, для визначення енергії і струму прискорених протонів. варіацією довжини колективного прискорювача іонів продемонстрований резонансний характер прискорення іонів повільною хвилею просторового заряду СРЕП - подвоєння довжини прискорювача призводить до відповідного подвоєння енергії іонів. Достовірність і обгрунтованність отриманих результатів забезпечується використанням кількох добре відомих і перевірених методів: параметри СРЕП: струм СРЕП вимірювався за допомогою поясів Роговського та циліндра Фарадея; енергія електронів у пучку визначалась за величиною імпульсної напруги на катоді прискорювача, що вимірялась безіндуктивним омічним дільником і контролювалась по спектру гальмівного рентгенівського випромінювання з мішені; функція розподілу СРЕП по енергіях визначалась по ослабленню струму СРЕП після проходження змінного набору гальмуючих пластин; тривалість імпульсу СРЕП вимірювалась рентгенівським датчиком; поперечні розміри СРЕП визначались по відбитках (портретах) СРЕП на металевих екранах. параметри плазми: щільність і температура плазми визначались за допомогою зонда Ленгмюра.