Введение к работе
Актуальность работы. Прогресс в создании линейных ускорителей электронов (ЛУЗ) с различными физико-техническими и экономическим характернетикали обусловлен широким применением ускорителей заряженных частиц в различных областях современной
- в зависимости от использования ЛУЭ в вязанных с интенсивными потоками зарядам пучка ускоренных электронов предъ-(разкые требования.
рвлетворения этих требований неразрывно
і совершенствованием методов моделирова-
{ействия ускоряемых частиц с электромат-
я и ионами остаточного газа. Кроме того,
является необходимость изучения процессов
/ возникающим в резонансных объемах ЛУЭ СВЧг-
акосновение данной проблеми с другими облас-
,йтки, к которым можно отнести управляемый теу-
;, физику плазмы, создание газовых лазеров и
т.д., а озмбяность переноса получаемых результатов на
другие , делают решение этих вопросов весьма актуальной
задаче *іу практические требования выдвигают необходи-
мость путей учета явлений, связанных с поглощением мощ-
ноетт зрядсм, а такие уточнение решений задач моделиро-
вает іета. Кроме того,достаточно актуальной является
про здания простых расчетных моделей для разработчиков
ЛУ' о учета отмеченных процессов поглощения ВЧ-мощностй
в $ях структурах.
;тояние вопроса. В настоящее враля известно большое количеств численных моделей динамики пучков заряженных частиц в линейных ускорителях, основанных на различных методах. При этом развитие большинства математических моделей идет по пути теоретического усдогнотя методов учета паралетров установок для адекватного описания протекающих в них физических процессов и, как следствие, усложнение моделей расчета. Однако, несмотря на многообразяе учитываемых факторов, существующие на сегодняшний
день расчетные методы дают, зачастую, существенное расхождение теоретических данных с экспериментальными результатами на установках ЛУЭ. Эта проблема особенно характерна для сильноточных ускорителей с большим магнитным полем и для ЛУЭ на малые и средние энергии с широкой регулировкой по энергии ускоряемых частиц, поскольку в большинстве ЛУЭ данного типа не реализуются расчетные значения выходной энергии ускоренногопучка. Поэтому для детальной проработки разрабатываемых моделей ускорителей с учетом предъявляемых к ним конкретных требований необходимо рассмотрение протекающих в ускоряющих структурах данных ЛУЭ процессов.
На сегодняшний день процессы, обусловленные поглощением мощности возникающим в резонансных объемах СВЧ-разрядш, достаточно хорошо описаны с точки зрения физики плазмы. Причем, наряду с сугубо теоретическим описанием поведения заряженных частиц в СВЧ-разряде с учетом их коллективного взаимодействия, различных видов плазменных колебаний, волн и неустойчивостей как при наличии магнитного поля, так и без него, довольно широкое развитие получили экспериментальные методы исследования плазмы. Последние связаны с многими вашими проблемами и применениями. Бзтественно, что отмеченные явления не привлекли особого внимания разработчиков и создателей линейных ускорителей, поскольку в отличие от физики плазмы данные явления остались вне рассмотрения теории СЕЧ. Однако, в настоящее время известно несколько экспериментальных работ, в которых отмечалось влияние возникают шего в резонансном объеме ускоряющих структур СВЧ-раэряда на электродинамические (ЭЖ) и фазоэнергетические характеристики ускорителя. К согалению, в этих публикациях отсутствует как качественный, так и количественный анализ полученных в ходе экс-' периментов зависимостей.
Сделанная в некоторых работах попытка теоретического описания данных процессов посредством прямого влияния магнитного поля на процессы захвата и группировки посредством связи радиального и фазового движений не увенчалась успехом. Это связано с тем, что использование только данного фактора для объяснения полученных зависимостей представляется недостаточным. Проведенный анализ дал основание считать, что природа подобных явлений связана с поглощением мощности возникающим в резонансных объе-
'мах СВЧ-разрядом в остаточном газе. В пользу данной гипотезы свидетельствует также отмеченный ранее недобор расчетных значений энергии ускоренного пучка.
йзходя из этого, возникла необходимость проведения работ по исследованию влияния плазменного СВЧ-разряда на характеристики ускоряющих структур с использованием полученных в области физики плазмы экспериментальных и теоретических результатов для создания промышленных ускорителей, с заданными характеристиками. Для этого целесообразно осуществить перенос представлений о природе газового разряда на устройства СВЧ с высоким уровнем мощности.
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния плазмы СВЧ-разряда на ЗДХ ускоряющих структур; создание методики расчета ускоряющих структур, 'заполненных плазмой СВЧ-разряда; разработка и применение методики определения влияния возникающего в резонансных объемах СВЧ-разряда на характеристики ускоряющих структур посредством полномасштабного макетирования на однозазорном резонаторе.
Научная новизна. Впервые разработана и апробирована методика определения влияния СВЧ-разряда, возникавшего в резон:>ьо-ных объемах ускоряющих структур, на характеристики ускорителя посредствш полномасштабного макетирования на однозазорном резонаторе, аналогична! ячейкам диафрагмированного волновода ЛУЭ десятисантиметрового диапазона длин волн.Проведено теоретическое и экспериментальное исследование характеристик однозазорно-го цилиндрического резонатора и группирователя ЛУЭ в условиях" горения плазмы СВЧ-разряда. Разработана методика расчета выходных параметров ЛУЭ в условиях горения плазмы СВЧ-разряда.
Практическая ценность. Создан экспериментальный стенд для исследования влияния плазмы СВЧ-разряда на эДХ ускоряющих структур, выработаны практические рекомендации по конструированию фокусирующих систем ЛУЭ в условиях горения СВЧ-разряда. Предложенная методика позволяет проводить расчет характеристик ускорителей, заполненных плазмой СВЧ-разряда, посредства! полномасгто.б-ного макетирования. Полученные при выполнении работы результаты могут быть использованы при создании линейных ускорителей электронов и'ионов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались
на Всесоюзных семинарах по линейным ускорителям заряженных частиц в г.Харькове (IS87, 1989, I9SI г.г.).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.