Формування та прискорення електронних пучків високої яскравості в інжекторних системах лінійних резонансних прискорювачів
Вивчення фізичних процесів формування електронних згустків в інжекторних системах, що засновані на використанні високочастотних джерел електронів з фотоемісійними і термоемісійними катодами. Динаміка частинок у прискорюючих структурах інжекторних систем.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 30.07.2014 |
| Размер файла | 171,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Анотація
Кушнір В.А. Формування та прискорення електронних пучків високої яскравості в інжекторних системах лінійних резонансних прискорювачів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.20 - фізика пучків заряджених частинок. - Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут” НАН України, Харків, 2005.
Дисертація присвячена комплексному дослідженню процесів емісії та формування електронних згустків у високочастотних джерелах електронів і прискорення частинок у прискорюючих структурах інжекторних систем лінійних прискорювачів електронів. Головна мета роботи - підвищення яскравості пучка і створення на основі результатів досліджень прискорювачів з якісно новими характеристиками для рішення фундаментальних і прикладних задач. Проведено порівняльний аналіз процесів формування електронних згустків в інжекторних системах, які засновані на різних механізмах угрупування частинок. Описано результати досліджень та розробки пристроїв для вимірювання протяжності електронних згустків і експериментальних установок для комплексного дослідження характеристик НВЧ систем і параметрів електронних пучків. Наведено результати дослідження різних механізмів електронної емісії з поверхні оксидних катодів, які знаходяться під впливом НВЧ поля з напруженістю понад 107 В/м. Подано наукові результати, які отримані в ході розробки і створення нових прискорювачів електронів: компактного прискорювача-інжектора джерела синхротронного випромінювання та багатоцільового дослідницького прискорювача з нормалізованою яскравістю пучка більше 109 А/м2рад2.
Ключові слова: електронний пучок, електронна емісія, емітанс, лазер, лінійний прискорювач, НВЧ резонатор, яскравість пучка.
Аннотация
Кушнир В.А. Формирование и ускорение электронных пучков высокой яркости в инжекторных системах линейных резонансных ускорителей. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.20 - физика пучков заряженных частиц.- Национальный Научный Центр “Харьковский физико-технический институт” НАН Украины, Харьков, 2005.
Диссертация посвящена комплексному исследованию процессов эмиссии и формирования электронных сгустков в высокочастотных источниках электронов и предварительного ускорения частиц в ускоряющих структурах инжекторных систем линейных ускорителей электронов. Цель работы - повышение яркости пучка и создание на основе результатов исследований ускорителей с качественно новыми характеристиками для решения фундаментальных и прикладных задач.
Проведен сравнительный анализ результатов исследования процессов формирования электронных сгустков в инжекторных системах, основанных на использовании клистронного механизма группировки электронов и группировки в поле бегущей и стоячей волны, и высокочастотных источников электронов (ВЧ пушек). Приведены факторы, определяющие возможность получения электронных пучков большой яркости, - механизмы увеличения эмиттанса пучка, обусловленные воздействием на электроны сил объемного заряда и высокочастотного поля, причины ограничения величины пикового тока пучка.
Описаны результаты исследований, разработки и испытаний устройств для измерения протяженности электронных сгустков, действие которых основано на двух разных принципах. Первый из них базируется на преобразовании продольного (временного) распределения частиц в поперечное распределение при взаимодействии пучка с поперечным высокочастотным полем с линейной и круговой поляризацией. Второй принцип основан на анализе характеристик дифракционного излучения электронных сгустков при их взаимодействии с периодическими структурами типа “гребенка” (излучение Смита - Парселла). Физически обоснованы методы измерения фазо-энергетических распределений частиц. Приведены результаты работы по созданию экспериментальной базы для проведения комплексных исследований инжекторных систем ЛУЭ. Описаны измерительные комплексы, предназначенные для исследования и настройки высокочастотных элементов и исследования характеристик пучка, сформированного в инжекторной системе. Проведен анализ погрешностей измерений.
Представлены результаты исследования различных механизмов электронной эмиссии с поверхности оксидных катодов, находящихся под воздействием СВЧ поля с напряженностью, превышающей 107 В/м. Экспериментально изучена фотоэмиссия электронов под воздействием лазерного излучения УФ диапазона. Показано, что квантовая эффективность в этих условиях может превышать 0.1 %. Экспериментально получена на выходе ВЧ пушки с исследуемым катодом последовательность электронных сгустков с пиковым током до 100 А при энергии частиц более 500 кэВ. Показано, что использование оксидных катодов в качестве фотоэмиссионных катодов дает возможность получения на выходе ВЧ пушки одновременно двух пучков за счет двух механизмов электронной эмиссии (термо- и фотоэмиссия). Исследованы особенности генерации пучков высокой яркости в ВЧ пушках с термоэмиссионным катодом. Особое внимание уделено процессам, возникающим в связи с электронной бомбардировкой поверхности катода. Проведено исследование (численное моделирование и эксперимент) процессов в ВЧ пушке, связанных с вторичной эмиссией электронов с поверхности оксидного металлопористого катода.
Приведены научные результаты, полученные в ходе разработки и создания ускорителя электронов на энергию 60 МэВ - инжектора источника синхротронного излучения СКН-600. Для обеспечения высокой яркости и моноэнергетичности пучка в качестве источника электронов выбрана ВЧ пушка с термоэмиссионным катодом. Получение плотных электронных сгустков длительностью меньшей 10 пс осуществляется в неизохронной магнитной группирующей системе. Для обеспечения высокого темпа ускорения частиц в ускорителе использована ускоряющая секция с кусочно-неоднородной структурой. Приведены результаты исследования динамики частиц в инжекторе и ускоряющей структуре.
Описаны результаты исследований, выполненных в ходе создания многоцелевого исследовательского ускорителя ЛИК (лазерный инжекторный комплекс). Для обеспечения проведения фундаментальных исследований в различных областях физики исследованы несколько вариантов ВЧ пушек с использованием одной и той же резонансной системы. В работе описаны результаты численного моделирования и экспериментального исследования динамики электронов в системе ВЧ пушка - ускоряющая секция. Особое внимание уделено поперечной динамике, приведены и анализируются данные экспериментального исследования высокочастотной фокусировки пучка. Описаны результаты исследования характеристик электронного пучка, формируемого в ускорителе при различных режимах его работы.
Ключевые слова: лазер, линейный ускоритель, СВЧ резонатор, электронный пучок, электронная эмиссия, яркость пучка, эмиттанс.
Abstract
Kushnir V.A. The forming and acceleration of high brightness electron beams in injector systems of linacs. - Manuscript.
A thesis submitted for a degree of Doctor of Physics and Mathematics by a speciality 01.04.20 - physics of charged beams. - National Science Center “Kharkiv Institute of Physics and Technology”, Kharkiv, 2005.
The thesis is devoted to investigation of electron emission and bunching in RF guns and preliminary acceleration of particles in injector systems of linac. The main purpose is to increase the electron beam brightness and to design new linacs for scientific researches. The comparative analysis of different mechanisms of particle's bunching in the injector systems has been carried out. The results of investigation, development and testing of devices for electron bunch length measurement and the experimental facilities for comprehensive investigation of RF system's characteristics and electron beam parameters have been described. The investigation results of different mechanisms of electron emission from dispenser cathodes, with RF field more than 107 V/m have been presented. The electron linacs based both on thermionic and photoemission RF guns have been designed and fabricated. The scientific results obtained during the development and establishment of compact linac- injector of synchrotron radiation source, and multi-purpose research linac with normalized beam brightness more than 109 А/m2rad2 have been given.
Key words: beam brightness, electron bunch, electron linac, electron emission, laser, emittance, RF cavity.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Явище термоелектронної емісії – випромінювання електронів твердими та рідкими тілами при їх нагріванні. Робота виходу електронів. Особливості проходження та приклади електричного струму у вакуумі. Властивості електронних пучків та їх застосування.
презентация [321,1 K], добавлен 28.11.2014Види класифікації елементарних частинок, їх поділ за статистичним розподілом Фермі-Дірака та Бозе-Ейнштейна. Види елементарних взаємодій та їх характеристика. Методи дослідження характеристик елементарних частинок. Особливості використання прискорювачів.
курсовая работа [603,0 K], добавлен 11.12.2014Дослідження перехідних процесів в лінійних ланцюгах першого порядку (диференцюючи та интегруючи ланцюги), нелінійних ланцюгів постійного струму, ланцюгів, що містять несиметричні нелінійні єлементи. Характеристики і параметри напівпровідникових діодів.
курс лекций [389,7 K], добавлен 21.02.2009Квантова механіка описує закони руху частинок у мікросвіті, тобто рух частинок малої маси (або електронів атома) у малих ділянках простору і необхідна для розуміння хімічних і біологічних процесів, а значить для розуміння того, як ми улаштовані.
реферат [162,5 K], добавлен 22.03.2009Зв'язок важких заряджених частинок з речовиною. До важких частинок відносяться частинки, маси яких у сотні разів більші за масу електрона. Вільний пробіг важких заряджених частинок у речовині. Взаємодія електронів, нейтронів з речовиною. Кулонівська сила.
реферат [51,0 K], добавлен 12.04.2009Механізм гідродинамічної нестійкості вихрового руху в системах з об’ємним стоком речовини та його організація в різних фізичних системах при фазових перетвореннях. Розв’язки рівнянь та гідродинамічні вихори у ядерній матерії і резонансно-збудженому газі.
автореферат [58,8 K], добавлен 16.06.2009Способи одержання плазми. Загальна характеристика та основні вимоги до плазмових джерел. Фізико-технічні завдання, що виникають при конструюванні плазмових джерел. Відмінні особливості та застосування плазмових джерел із замкненим дрейфом електронів.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 20.03.2011Тепловий розрахунок тепличного господарства. Розрахунок систем вентиляції та досвічування теплиці. Розробка моделі теплиці та процесів тепло- і масообміну. Система опалення з оребреними трубами з тепловим насосом та вакуумними трубчастими колекторами.
автореферат [2,1 M], добавлен 04.12.2013Вивчення законів, на яких ґрунтується молекулярна динаміка. Аналіз властивостей та закономірностей системи багатьох частинок. Огляд основних понять кінетичної теорії рідин. Розрахунок сумарної кінетичної енергії та температури для макроскопічної системи.
реферат [122,5 K], добавлен 27.05.2013Електромагнітні перехідні процеси у системах електропостачання, струми та напруги при симетричних та несиметричних коротких замиканнях у високовольтній мережі, струми замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю. Векторні діаграми струмів.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 12.07.2010Вдосконалення систем опалення. Організація обліку й контролю з використання енергоносіїв. Аналіз досвіду застосування систем опалення іноземними державами. Головні умови раціонального застосування теплонасосних установок. Регулювання в системах опалення.
практическая работа [33,7 K], добавлен 31.10.2012Поведінка частки при проходженні через потенційний бар'єр, суть тунельного ефекту, його роль в електронних приладах. Механізм проходження електронів крізь тонкі діелектричні шари, перенос струму в тонких плівках. Суть тунельного пробою і процеси в діоді.
реферат [278,0 K], добавлен 26.09.2009Визначення поняття сцинтиляційного спектрометра як приладу для реєстрації і спектрометрії частинок. Основні методи спостереження та вивчення зіткнень і взаємних перетворень ядер і елементарних частинок. Принцип дії лічильника Гейгера та камери Вільсона.
презентация [975,1 K], добавлен 17.03.2012Дослідження процесів самоорганізації, що відбуваються у реакційно-дифузійних системах, що знаходяться у стані, далекому від термодинамічної рівноваги. Просторово-часові структури реакційно-дифузійних систем типу активатор-інгібітор. Диференційні рівняння.
автореферат [159,0 K], добавлен 10.04.2009Відкриття нових мікроскопічних частинок матерії. Основні властивості елементарних частинок. Класи взаємодій. Характеристики елементарних частинок. Елементарні частинки і квантова теорія поля. Застосування елементарних частинок в практичній фізиці.
реферат [31,1 K], добавлен 21.09.2008Теорія Бора будови й властивостей енергетичних рівнів електронів у водневоподібних системах. Використання рівняння Шредінгера, хвильова функція та квантові числа. Енергія атома водню і його спектр. Виродження рівнів та магнітний момент водневого атома.
реферат [329,9 K], добавлен 06.04.2009Розробка схеми частотних перетворень сигналу з частотою в аналогових системах передачі, визначення віртуальних несучих частот. Формування схеми розміщення регенераційних пунктів, що обслуговуються. Коректність вибору довжини регенераційної ділянки.
контрольная работа [488,4 K], добавлен 05.02.2015Природа електронних процесів, що відбуваються при високоенергетичному збудженні і активації шаруватих кристалів CdI2. Дослідження спектрів збудження люмінесценції і світіння номінально чистих і легованих атомами металів свинцю кристалів йодистого кадмію.
курсовая работа [666,8 K], добавлен 16.05.2012Рух електрона в однорідному, неоднорідному аксіально-симетричному магнітному полі. Визначення індукції магнітного поля на основі закону Біо-Савара-Лапласа. Траєкторія електрона у полі соленоїда при зміні струму котушки, величини прискорюючого напруження.
курсовая работа [922,3 K], добавлен 10.05.2013Електропровідна рідина та її властивості в магнітному полі. Двовимірна динаміка магнітогідродинамічного потоку у кільцевому каналі І.В. Хальзев. Моделювання електровихрових полів у металургійних печах. Чисельне моделювання фізичних процесів у лабораторії.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 04.05.2014
