Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время, как это общепризнано среда специалистов в области ускорителей заряженных частиц, приоритетным направлением является разработка и создание линейных злэктрон-позитронных колдзядеров на сверхвысокие знэргии. Среди широкого круга проблем, которые должны быть разрешены, особое место занимает вопрос получения пучков с большой яркостью в.месте встречи. Решение этой задачи во многом зависит от динамики пучков в ускоряющих структурах, использованных мотодах и средствах подавления неустойчивостоя, прежде всего поперечной неустойчивости в линейных коллэидерах. Однако он не может быть-использован в финальной части ускорения " из-за - большого энергетического разброса частиц. В связи с этим придсг^гля-у интерес всесторонее исследование электродинамических-характеристик (ЭДХ) аксиально-несимметричных структур; (АНС), обладающих свойствами высокочастотной фокусировки.
Исследования характеристик ; АНС проводились в-- рамках научно-исследовательских работ, проводимых МИФИ по федеральной программе "Физика высоких энергий".
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка. методики экспериментального
исследования эксиально-несимметричных структур, ". создание
аппаратуры для такого исследования и получение набора ЭДХ в
широком диапазоне изменения характерных . размеров структуры,
рекомендации по выбору наиболее оптимальной формы . и ра. --*йов
структуры. '
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Развита методика исследования' ЭДХ аксиально-несимметричных структур, на основе- .'метода малых возмущений. Разработано программное обеспечение для'
автоматической обработки результатов измерений. Новизна указанных
разработок определяется: предложенными автором способами
измерения величины фокусирующего градиента, возникающего в
подобного рода структурах, а также форм его параметризации;
способами измерения величины коэффициента перенапряженности
электрического поля в аксиально-несимметричных структурах;
развитым программным обеспечением для управления измерительным
комплексом и обработкой результатов измерений в диалоговом
режиме; справочными данными ЭДХ в широком диапазоне изменения
характерных размеров аксиально-несимметричной структуры . в виде
волновода круглого сечения с диафрагмами щелевого типа - наиболее
технологичной и ноуступающеи по своим ЭДХ другим структурам.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Разработанные методики и программы
позволяют проводить исследования ЭДХ аксиально-несиммотричных
структур, а также находить значение величины фокусирующего
градиента, действующего на ускоряемый сгусток в таких структурах.
Созданные справочные данные по ЭДХ АНС типа круглого
диафрагмированного волновода с . щелевым отверстием в диафрагме
смогут найти применение не только при создании
ускорявдв-фокусирущих секций для линейного коллэйдерз," но , и в
других ускорительных установках как соответствующие модули.
Точность измерений обеспечивает проведение всех
экспериментальных исследований, а время полного цикла измерений и
вычисления величины интересующих нас ЭДХ одной АНС, а также
материальные затраты меньше, чем.. при исследовании такого же
объема ЭДХ численными методами.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты диссертационной работы
докладывались на следующих научных конференциях и семинарах: II . Всесоюзном семинаре по линейным ускорителям (Харьков),.12 Всесоюзном совещании по ускорителям заряженных частиц (Москва), 3
Международном совещании по линейным колаидерам LC'9I (Протвино), Европейской конференци по ускорителям заряженных частиц ЕРАС'92 (Берлин).
ПУБЛИКАЦИИ. Материалы диссертации опубликованы в 6 печатных работах.
.СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, трох ' разделов, заключения и приложения. Во введении дано описание состояния решаемся проблемы и формулируется цель исследования. В . nopBwvi разделе рассмотрены аналитические и численные методаї иссл<4Д'"'Ва?гия ЗДХ АНС. Показано, что приближенный аналитический рэсчот возможен лишь для эллиптических диафрагмированных волноводов, однако такие волновода не -представляют интереса с точки зрения создания условия для высокочастотной квздрупольнои фокусировки ускоряемых сгустков частиц. Приводится результаты расчетов ЭДХ АНС с помощью программы MAFIA-3D, а также вь.т і; л го оптимальному использованию этого программного средства. Приводится усредненное уравнение движения релятивистского заряда в периодической структуре и делается вывод о том, что наибольшее влияние на поперечное движение частицы определяется основной гармоникой продольной составляющей электрического поля В , "а воздействие высших гармоник на движение заряда проявляется в следующем порядке по параметрам малости. Введено понятие градиента фокусирующих сил в аксиально-несимметричной структуре, также излагается методика его определения и параметризации.
Во втором раздело рассмотрены '; вопросы- создания экспериментальной установки.. по исследованию топог^,,,;г* электромагнитного поля и ЭДХ АНС. Приводится функциональная схема установки- для измерения резонансных частот и добротности резонансных макетов АНС, а также анализ , возникающих случайных и
систематических ошибок при измерениях. Вопросам выбора возмущающих тел.при исследовании топографии поля посвящен второй параграф раздела 2,. там ню рассмотрена методика определения величин амплитуды составляющих электромагнитного поля при применении нескольких тел разных разморов и параметров.
Рассматриваются методика вычисления на основе экспериментальных данных величины фокусирующего градиента, ошибки, возникающие при таких измерениях. Приводятся результаты тестовых измерения на прямоугольном диафрагмированном волноводе и АНС с отверстием в диафрагме в вида щели на частоте ~600 МГц.
. в третьем разделе приводятся справочные данные по расчету ЭДХ АНС типа круглого диафрагмированного волновода с отверстиями в . диафрагмах в виде . щелей. Справочные данные относятся к структурам, в которых на виде, колебаний 2п/з фазовая скорость . волны равна скорости света, а высота отверстия в даафрэгмах меняется Б широких пределах. На основе измерений получены данные, необходимые для построения дисперсионных зависимостей, для. .определения групповой скорости, добротности, шунтового сопротивления, ' фокусирующего градиента, коэффициента ..перенапряженности поля. Для отдельных структур проведены расчеты по программе MAFIA-3D. Все 'справочные данные представлены в виде, не-зависящем от частоты, поэтому имеют универсальный характер.
Показано, Что - по электродинамическим характеристикам АНС щелевого типа практически не уступают аналогичным по размерам КДВ, в то же время обладают свойствами квадрупольной фокусировки.
Также в третьем разделе приводятся результаты исследования альтернативной .АНС щелевого типа ' структуры .. со свойствами квадрупольвоа фокусировки. Это структура типа диафрагмированного волновода с измененной формой ячейки и круглым отверстием в
диафрагме. Эти исследования проводились как экспериментально, так и с помощью расчетов по программе MAFIA-3D.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
В приложении рассматриваются требования, предъявляемые к ускоряющим структурам линейных коллэйдеров, а также характеристики и особенности ускоряющих систем проектируемых в настоящее время линейных коллайдеров. На основе КДВ суммированы различные факторы, влияющие на выбор варианта ускоряющей структуры с учетом возможности изменения рабочей частоты от 10 до 3D ГГц, параметра нагружения аЛ. ( а - радиус отверстия в диафрагме, л. - длина волны) от 0.09 до 0.21, различных видов колебаний.