SU1343569A1 - Method of exciting high-frequency accelerating field in periodic structure of linear ion accelerator - Google Patents

Method of exciting high-frequency accelerating field in periodic structure of linear ion accelerator Download PDF

Info

Publication number
SU1343569A1
SU1343569A1 SU833651716A SU3651716A SU1343569A1 SU 1343569 A1 SU1343569 A1 SU 1343569A1 SU 833651716 A SU833651716 A SU 833651716A SU 3651716 A SU3651716 A SU 3651716A SU 1343569 A1 SU1343569 A1 SU 1343569A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
longitudinal
magnetic field
ion accelerator
increase
frequency
Prior art date
Application number
SU833651716A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Ильич Иванов
Иван Николаевич Онищенко
Original Assignee
Предприятие П/Я В-8851
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я В-8851 filed Critical Предприятие П/Я В-8851
Priority to SU833651716A priority Critical patent/SU1343569A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1343569A1 publication Critical patent/SU1343569A1/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к области ускорительной техники. Цель изобретени  повьпаение КПД и увеличение стабильности режима ускорени  уско- р}пощего высокочастотного (ВЧ) пол  в периодической структуре линейного ускорител  ионов. Она достигаетс  тем, что.при создании магнитного пол  (МП) его напр женность измен ют по длине по определенному математическому закону, при этом электроны генерирующего пучка (П) предварительно направл ют по спиральной траектории вокруг силовых линий МП, а после выхода электронного П из ускорител  ионов его направл ют в электродинамическую структуру с поперечным типом колебаний и фазовой скоростью продольной скорости П, помещенную в резонансное МП. В описании изобретени  приведено математическое вьфажение дл  продольной составл ющей напр женности МП. Изобретение может быть использовано дл  ускорени  ионов, дл  генерации ВЧ-колебаний, дл  возбуждени  быстрых и медленных циклотронных волн плотности зар да в электронных П, 2 3,П ф-лы. х; оо . со ел О5 СОThe invention relates to the field of accelerator technology. The aim of the invention is to increase the efficiency and increase the stability of the acceleration mode of the fast high frequency (HF) field in the periodic structure of a linear ion accelerator. It is achieved by the fact that when creating a magnetic field (MP), its intensity varies in length according to a certain mathematical law, while the electrons of the generating beam (P) are preliminarily directed along a spiral trajectory around the field lines MP The ion accelerator is guided to an electrodynamic structure with a transverse type of oscillation and a phase velocity of the longitudinal velocity P placed in a resonant MF. The description of the invention provides a mathematical expression for the longitudinal component of the MP intensity. The invention can be used for the acceleration of ions, for the generation of RF oscillations, for the excitation of fast and slow cyclotron charge density waves in electronic P, 2 3, P f-ly. x; oo co-eaten O5 CO

Description

13 13

Изобретение относитс  к ускорительной технике и может быть использовано дл  ускорени  ионов, дл  генерации высокочастотных (ВЧ) колебаний и воз- буждени  быстрых и медленных циклотронных волн плотности зар да в элект poHHbtx пучках.The invention relates to accelerator technology and can be used to accelerate ions, to generate high-frequency (HF) oscillations and to excite fast and slow cyclotron charge density waves in the electron poHHtt beams.

Цель изобретени  - повышение КПД возбуждени  ВЧ-пол  и увеличение ста- бильности возбуждаемого ВЧ-пол  ускорени .The purpose of the invention is to increase the efficiency of excitation of the HF-field and increase the stability of the excited HF-field acceleration.

Пример. Возбуждение ВЧ-пол  в протонном ускорителе на Н-волне, состо щем из трех резонаторных сек- дий и ВЧ-рекуператора, работающих на одной частоте, производитс  интенсивным электронным пучком. Электронный пучок энергией 1 МэВ и током 40 А инжектируетс  в направлении ускорени  протонов. Продольное магнитноеExample. The excitation of the HF field in a proton accelerator on the N wave, consisting of three resonator sections and an RF recuperator operating at the same frequency, is produced by an intense electron beam. An electron beam with an energy of 1 MeV and a current of 40 A is injected in the direction of the acceleration of protons. Longitudinal magnetic

поле Н создаетс  внешним соленоидом и измен етс  по длине соленоида в соответствии с соотношениемThe field H is created by an external solenoid and varies along the length of the solenoid in accordance with the ratio

21Го .21Go.

H.()(Z)-,H. () (Z) -,

.2Ulll)ki;xi 2f (,).2Ulll) ki; xi 2f (,)

пространственна  координата вдоль оси системы, м; продольна  составл юща  напр женности магнитного пол  в функции от Z, Тл;spatial coordinate along the system axis, m; the longitudinal component of the magnetic field strength as a function of Z, T;

2irn2irn

DCZJ:DCZJ:

ZoZo

D(Z) х„ aD (Z) x „a

}f v(Z)} f v (Z)

ee

mm

продольна  посто нна  распространени  n-й пространственной гармоники, продольна  посто нна  распространени  нулевой пространственной гармоники, , в положительном направлении оси Z; длина периода структуры, м, увеличивающа с  в положительном направлении оси Z| поперечна  посто нна  распространени  п-й пространственной гармоники, м- ; частота колебаний, рад С j рел тивистский фактор;. продольна  скорость электронного пучка, , в положительном, в отрицательном направлении оси Z;the longitudinal constant of the nth spatial harmonic, the longitudinal constant of the zero spatial harmonic, in the positive direction of the Z axis; structure period length, m, increasing with in the positive direction of the Z axis | the transverse constant of the propagation of the nth spatial harmonic, m-; oscillation frequency, glad С j relativistic factor ;. the longitudinal velocity of the electron beam, in the positive, in the negative direction of the Z axis;

зар д электрона, Кл; масса поко  электрона, кг;electron charge, C; electron's rest mass, kg;

СО,, - ленгмюровска  частота °WITH ,, - Langmuir frequency °

электронного пучка, рад-с electron beam glad rad

п - номер пространственной гамоники;n is the number of spatial ammonium;

S - номер циклотронной гармоники .S is the cyclotron harmonic number.

В данном примереv 0, , , , , .In this example, v 0,,,,,.

Соотношение (1) выполн етс  по всей длине ускорител . При этом электронным пучком на циклотронной неустойчивости с высокой степеньюThe relation (1) is fulfilled along the entire length of the accelerator. In this case, an electron beam at a cyclotron instability with a high degree

избирательности ( -10 ) возGUselectivity (-10)

бзгждаетс  основной тип колебаний () за врем  меньше 0,1 мкс. Структура полей вблизи оси обеспечивает дл  ускор ег4ых ионов кулоновскую и резонансную высокочастотную радиальную фокусировку.The basic type of oscillations () for a time less than 0.1 µs is ignited. The structure of the fields near the axis provides Coulomb and resonant high-frequency radial focusing for accelerated ions.

Предельный ток ускор емого пучка в данном случае определ етс  только его продольной устойчивостью. Ускорение ионов может быть осуществлено на пространственной гармонике. Напр женность магнитного пол , исход  из соотношени  (1), при , , создают такой, чтобы в 1-й секции ускорител  происходила генераци  ВЧ-пол  на +1-Й пространственной и -1-й циклотронной .гармониках. Генераци  сопровождаетс  уменьшением продольных и, увеличением поперечных импульсов электронов, и результате чего во 2-ю секцшо поступает пучок электронов , закрученных вокруг силовых линий магнитного пол . Во 2-й секции нап1) женность магнитного пол , .исход  из (1), при , создают тав .ой, чтобы осуществл лась генераци  ВЧ-пол  на -1-й пространственной и +1-Й циклотронной гармониках. При этом измен етс  величина, но не направление магнитного пол . Одновременно происходит преобразование поперечных импульсов электронов в продольные.The limiting current of the accelerated beam in this case is determined only by its longitudinal stability. The acceleration of ions can be carried out on the spatial harmonic. The intensity of the magnetic field, based on relation (1), with,, create such that in the 1st section of the accelerator, the RF field is generated on the + 1-st spatial and -1-th cyclotron harmonics. The generation is accompanied by a decrease in the longitudinal and increase in transverse electron pulses, with the result that a beam of electrons swirled around the magnetic field lines arrives in the 2nd section. In the 2 nd section, the magnetic field, the origin of (1), when created, is created by the generator, so that the RF field is generated at the 1 st spatial and + 1 st cyclotron harmonics. This changes the value, but not the direction of the magnetic field. At the same time, the transverse electron pulses are converted to longitudinal ones.

В 3-й секции ускорител  напр женность магнитного пол , снова соответствует генерации ВЧ-пол  на +1-й пространственной и -1-й циклотронной гармониках и преобразованию продольных импульсов электронов в поперечные . Б целом по длине ускорител  напр женность магнитного пол  уменьшаетс  в соответствии с увеличением лины периода структуры.In the 3rd section of the accelerator, the magnetic field strength again corresponds to the generation of the RF field at the + 1st spatial and -1st cyclotron harmonics and the conversion of longitudinal electron pulses into transverse ones. In general, along the length of the accelerator, the magnetic field strength decreases in accordance with the increase in the period of the structure.

После вькода из 3-й секции электронный пучок с целью эффективного отбора у него оставшейс  мощности направл етс  в ВЧ-рекуператор, представл ющий собой ВЧ-структуру с фазовой скоростью, большей или пор дка скорости электронов, с чисто поперечным типом колебаний на частоте, ран- ной рабочей частоте ускорител , и внешним магнитным полем, соответствующим соотношению (1). В ВЧ-рекупе- раторе происходит окончательное торможение пучка, а образовавшуюс  ВЧ- мощность по ВЧ-тракту передают в уско ритель, тем самым повьша  общий КПД,After the selection from the 3rd section, the electron beam is directed to the RF recuperator, which is an RF structure with a phase velocity greater than or equal to the electron velocity, with a purely transverse type of oscillation at the frequency of - the operating frequency of the accelerator, and the external magnetic field corresponding to the relation (1). In the RF recuperator, the beam is finally braked, and the resulting RF power is transmitted along the RF path to an accelerator, thereby increasing the overall efficiency

Форм у л а изобретени Formula inventions

Claims (2)

1. Способ возбуждени  ускор ющего высокочастотного пол  в периодической структуре линейного ускорител  ионов преимущественно на волне THna.ff, включающий создание магнитного пол  и продольную инжекцию интенсивного электронного пучка, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД и увеличени  стабильности режима ускорени , напр женность магнитного пол  измен ют по длине со- гласно выражению1. A method of exciting an accelerating high-frequency field in a periodic structure of a linear ion accelerator predominantly on the wave THna.ff, including creating a magnetic field and longitudinal injection of an intense electron beam, characterized in that, in order to increase the efficiency and increase the stability of the acceleration mode, the magnetic field intensity the sex is changed in length according to H,(Z),v(Z)H, (Z), v (Z) хШ1 1М-х|1xSh1 1M-x | 1 2f (Ц+х2„) J 2f (C + x2 „) J де Z - пространственна  координата вдоль оси системы, м; Н (Z) - продольна  составл юща  напр женности магнитного пол  в функции от Z, Тл; 40 v(Z) - продольна  скорость электронного пучка, , в положительном, .0 в отрицательном направлении оси Z;.45de Z - spatial coordinate along the system axis, m; H (Z) is the longitudinal component of the magnetic field strength as a function of Z, T; 40 v (Z) is the longitudinal velocity of the electron beam, in the positive, .0 in the negative direction of the Z axis; .45 е - зар д электрона, Кл; m - масса поко  электрона, кг;e is the electron charge, Cl; m is the rest mass of an electron, kg; Составитель Е,Громов Редактор П,Гереши Техред М,Дидык Корректор М,ПожоCompiled by E, Gromov Editor P, Gereshi Tehred M, Didyk Corrector M, Pojo Заказ 4837/57 Тираж 801ПодписноеOrder 4837/57 Edition 801 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб,, д, 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab ,, d, 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г,Ужгород, ул,Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, Proektna st, 4 Q 5 Q 5 0 5 0 5 f - рел тивистский фактор;f - relativistic factor; 00 5five 0 50 5 частота колебаний, раД Сoscillation frequency, radar C -- ОABOUT го+ go + 27п27p +--Т-Г - продольна  посто нна  распространени  п-й пространственной гармоники, - продольна  посто нна  распространени  нулевой пространственной гармоники, , в положительном направлении оси Z;+ - Т-Г - longitudinal constant of the nth spatial harmonic, - longitudinal constant of the zero spatial harmonic, in the positive direction of the Z axis; D(Z) - длина периода структуры, м, увеличивающа с  в положительном направлении оси Z; х - попйречна  посто нна  распространени  п-й пространственной гармоники, м ; Оц- ленгмюровска  частотаD (Z) is the length of the structure period, m, increasing in the positive direction of the Z axis; x is a constant constant for the propagation of the nth spatial harmonic, m; Orient frequency электронного пучка, раД С ; п - номер пространственной гармоники , преимущественно electron beam, radar C; n is the number of spatial harmonics, mainly S - номер циклотронной гармоники , преимущественно , причем режим распределени  Н(Z) , соответствующий , , , или режим распределени  H(Z), соответствующий , , ncO, задают на всей длине системы либо чередуют данные режимы по длине системы.S is the cyclotron harmonic number, predominantly, with the distribution mode H (Z) corresponding to,,, or the distribution mode H (Z) corresponding to, ncO, set on the entire length of the system or alternate these modes along the length of the system. 2.Способ по п. 1, отлича ю- щ и и с   тем, что электроны генерирующего пучка предварительно направл ют по спиральной траектории вокруг силовых линий магнитного пол ,2. The method according to claim 1, differing in the condition that the electrons of the generating beam are pre-directed along a spiral trajectory around the magnetic field lines, 3,Способ поп, 1, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД путем преобразовани  остаточной кинетической мощности в высокочастотную , электронный пучок после выхода из ускорител  ионов направл ют в помещенную в резонансное магнитное поле электродинамическую структуру3, Method pop, 1, characterized in that, in order to increase efficiency by converting the residual kinetic power to high frequency, the electron beam, after exiting the ion accelerator, is directed to an electrodynamic structure placed in a resonant magnetic field с поперечным типом, колебаний и фазовой скоростью, равной продольной скорости пучка.with a transverse type, oscillations and a phase velocity equal to the longitudinal velocity of the beam.
SU833651716A 1983-10-10 1983-10-10 Method of exciting high-frequency accelerating field in periodic structure of linear ion accelerator SU1343569A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833651716A SU1343569A1 (en) 1983-10-10 1983-10-10 Method of exciting high-frequency accelerating field in periodic structure of linear ion accelerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833651716A SU1343569A1 (en) 1983-10-10 1983-10-10 Method of exciting high-frequency accelerating field in periodic structure of linear ion accelerator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1343569A1 true SU1343569A1 (en) 1987-10-07

Family

ID=21085216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833651716A SU1343569A1 (en) 1983-10-10 1983-10-10 Method of exciting high-frequency accelerating field in periodic structure of linear ion accelerator

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1343569A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Гришин В.К. и др. Ускорение ионов электронным пучком в спиральном волноводе. В кн.: Труды совещани по коллективным методам ускорени . Дубна: 1982, с. 156-159. Капчинский М.И. Коллективное ускорение ионов в медленной циклотронной волне трубчатого электронного пучка. Канд. дис.,1982. с. 51.. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stupakov et al. Ponderomotive laser acceleration and focusing in vacuum for generation of attosecond electron bunches
US4306174A (en) Radio wave generator for ultra-high frequencies
US4812774A (en) Electron beam stabilizing method for electron storing ring, and electron storing ring system
US3450931A (en) Cyclotron motion linear accelerator
SU1343569A1 (en) Method of exciting high-frequency accelerating field in periodic structure of linear ion accelerator
US3459988A (en) Cyclotron having charged particle and electron beams
Ferrario et al. Recent advances and novel ideas for high brightness electron beam production based on photo-injectors
US20210280384A1 (en) An Apparatus for Generating Electromagnetic Waves
US5280490A (en) Reverse guide field free electron laser
RU2058676C1 (en) Method for cooling charge-particle beam
Tang et al. Proposal for FEL experiments driven by the National Bureau of Standards' CW microtron
Ogata et al. Production of femtosecond single-bunched electrons by laser wakefield acceleration
SU1709428A1 (en) Magnicon
Balakirev et al. Dynamics of a coaxial back-wave ubitron
Balakin et al. Linear Colliders
JP3027822B2 (en) Method and apparatus for micro-bunching of charged particle beam
US4229677A (en) High-power hyperfrequency emission tube
SU710464A1 (en) Method for transforming high-amperage beam into high-energy beam
Hübner New Accelerator Techniques Contribution for a European Communities' Study on Advanced Technologies for Scientific Research and their Possible Industrial Spin-off
Frolov et al. Tunable high-power microwave source based on the squeezed state of relativistic electron beam
SU1110335A1 (en) Electronic mw-magnicon device
Ferrario et al. Laboratori Nazionalidi Frascati
JP2843689B2 (en) Electron accelerator
Nusinovich Some perspectives on operating frequency increase in gyrotrons
SU1338117A1 (en) Method of accelerating charged particles