nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2022-17-4-31-44nguphys-225Research ArticleФИЗИКА ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, УСКОРИТЕЛЕЙ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫHIGH-ENERGY AND ACCELERATOR PHYSICS, PHYSICS OF HIGH-TEMPERATURE PLASMAЭволюция эмиттанса пучка в линейном индукционном ускорителе с дискретной фокусирующей системойEvolution of the Beam Emittance in Linear Induction Accelerator with Discrete Focusing SystemНикифоровД. А.NikiforovD. A.

Никифоров Данила Алексеевич, научный сотрудник

Новосибирск

Danila A. Nikiforov, researcher

Novosibirsk

D.A.Nikiforov@inp.nsk.suИвановА. В.IvanovA. V.

Иванов Андрей Вячеславович, научный сотрудник

Новосибирск

Andrey V. Ivanov, researcher

Novosibirsk

A.V.Ivanov@inp.nsk.suСиницкийС. Л.SinitskyS. L.

Синицкий Станислав Леонидович, кандидат физико-математических наук

Новосибирск

Stanislav L. Sinitsky, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

S.L.Sinitsky@inp.nsk.suВинокуровН. А.VinokurovN. A.

Винокуров Николай Александрович, доктор физико-математических наук

Новосибирск

Nikolay A. Vinokurov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

N.A.Vinokurov@inp.nsk.suПетренкоА. В.PetrenkoA. V.

Петренко Алексей Васильевич, кандидат физико-математических наук

Новосибирск

Alexey V. Petrenko, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

A.V.Petrenko@inp.nsk.suЛогачевП. В.LogachevP. V.

Логачев Павел Владимирович, доктор физико-математических наук, академик РАН

Новосибирск

Pavel V. Logachev, Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

P.V.Logatchov@inp.nsk.suСковородинД. И.SkovorodinD. I.

Сковородин Дмитрий Иванович, кандидат физико-математических наук

Новосибирск

Dmitrii I. Skovorodin, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

Skovorodin@inp.nsk.suСандаловЕ. С.SandalovE. S.

Сандалов Евгений Сергеевич, аспирант

Новосибирск

Evgeniy S. Sandalov, postgraduate student

Novosibirsk

E.S.Sandalov@inp.nsk.suКуркучековВ. В.KurkuchekovV. V.

Куркучеков Виктор Викторович, научный сотрудник

Новосибирск

Viktor V. Kurkuchekov, researcher

Novosibirsk

V.V.Kurkuchekov@inp.nsk.suБатраковА. М.BatrakovA. M.

Батраков Александр Матвеевич, доктор физико-математических наук

Новосибирск

Alexandr M. Batrakov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

A.M.Batrakov@inp.nsk.suПавленкоА. В.PavlenkoA. V.

Павленко Антон Владимирович, кандидат физико-математических наук

Новосибирск

Anton V. Pavlenko, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

A.V.Pavlenko@inp.nsk.suБехтеневЕ. А.BekhtenevE. A.

Бехтенев Евгений Алексеевич, научный сотрудник

Новосибирск

Evgeny A. Bekhtenev, researcher

Novosibirsk

E.A.Bekhtenev@inp.nsk.suСенченкоА. И.SenchenkoA. I.

Сенченко Александр Игоревич, научный сотрудник

Новосибирск

Alexandr I. Senchenko, researcher

Novosibirsk

A.I.Senchenko@inp.nsk.suБакП. А.BakP. A.

Бак Петр Алексеевич, старший научный сотрудник

Новосибирск

Petr A. Bak, Senior Researcher

Novosibirsk

P.A.Bak@inp.nsk.suЖиванковК. И.ZhivankovK. I.

Живанков Кирилл Игоревич, научный сотрудник

Новосибирск

Kirill I. Zhivankov, researcher

Novosibirsk

K.I.Zhivankov@inp.nsk.suМешковО. И.MeshkovO. I.

Мешков Олег Игоревич, доктор физикоматематических наук

Новосибирск

Oleg I. Meshkov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

O.I.Meshkov@inp.nsk.suПавловО. А.PavlovO. A.

Павлов Олег Анатольевич, кандидат физико-математических наук

Новосибирск

Oleg A. Pavlov, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

O.A.Pavlov@inp.nsk.suКузнецовГ. И.KuznetsovG. I.

Кузнецов Геннадий Иванович, старший научный сотрудник

Новосибирск

Gennady I. Kuznetsov, Senior Researcher

Novosibirsk

G.I.Kuznetsov@inp.nsk.suБатазоваМ. А.BatazovaM. A.

Батазова Марина Алексеевна, научный сотрудник

Новосибирск

Marina A. Batazova, researcher

Novosibirsk

M.A.Batazova@inp.nsk.suЖуравлевИ. В.ZhuravlevI. V.

Журавлев Игорь Владимирович, инженер-исследователь

Снежинск

Igor V. Zhuravlev, research engineer

Snezhinsk

vniitf@vniitf.ruНикитинО. А.NikitinO. A.

Никитин Олег Альфредович, кандидат технических наук

Снежинск

Oleg A. Nikitin, department head

Snezhinsk

vniitf@vniitf.ruПензинИ. В.PenzinI. V.

Пензин Илья Владимирович, инженер-исследователь

Снежинск

Ilya V. Penzin, research engineer

Snezhinsk

vniitf@vniitf.ruПетровД. В.PetrovD. V.

Петров Дмитрий Витальевич, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН

Снежинск

Dmitry V. Petrov, chief designer

Snezhinsk

vniitf@vniitf.ruПротасР. В.ProtasR. V.

Протас Роман Викторович, кандидат физико-математических наук

Снежинск

Roman V. Protas, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Snezhinsk

vniitf@vniitf.ruИнститут ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАНРоссияBudker Institute of Nuclear Physics SB RASRussian FederationРоссийский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики им. акад. Е. И. ЗабабахинаРоссияRussian Federal Nuclear Center — Zababakhin All-Russia Research Institute of Technical PhysicsRussian Federation2022100520231743144Copyright © Никифоров Д.А., Иванов А.В., Синицкий С.Л., Винокуров Н.А., Петренко А.В., Логачев П.В., Сковородин Д.И., Сандалов Е.С., Куркучеков В.В., Батраков А.М., Павленко А.В., Бехтенев Е.А., Сенченко А.И., Бак П.А., Живанков К.И., Мешков О.И., Павлов О.А., Кузнецов Г.И., Батазова М.А., Журавлев И.В., Никитин О.А., Пензин И.В., Петров Д.В., Протас Р.В., 20232023Никифоров Д.А., Иванов А.В., Синицкий С.Л., Винокуров Н.А., Петренко А.В., Логачев П.В., Сковородин Д.И., Сандалов Е.С., Куркучеков В.В., Батраков А.М., Павленко А.В., Бехтенев Е.А., Сенченко А.И., Бак П.А., Живанков К.И., Мешков О.И., Павлов О.А., Кузнецов Г.И., Батазова М.А., Журавлев И.В., Никитин О.А., Пензин И.В., Петров Д.В., Протас Р.В.Nikiforov D.A., Ivanov A.V., Sinitsky S.L., Vinokurov N.A., Petrenko A.V., Logachev P.V., Skovorodin D.I., Sandalov E.S., Kurkuchekov V.V., Batrakov A.M., Pavlenko A.V., Bekhtenev E.A., Senchenko A.I., Bak P.A., Zhivankov K.I., Meshkov O.I., Pavlov O.A., Kuznetsov G.I., Batazova M.A., Zhuravlev I.V., Nikitin O.A., Penzin I.V., Petrov D.V., Protas R.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/225

В работе анализируется эволюция эмиттанса килоамперного электронного пучка в линейном индукционном ускорителе (ЛИУ) с дискретной фокусирующей системой с целью оценки возможности его применения в качестве драйвера для генерации излучения по схеме лазера на свободных электронах (ЛСЭ). При этом анализе особое внимание уделяется геометрии и параметрам инжектора электронов, поступление частиц из которого в ускоряющую структуру такого ЛИУ в основном определяют характеристики пучка на выходе из нее. Исследованы особенности поперечной динамики пучка при его прохождении в этой ускоряющей структуре. Рассмотрено влияние различных факторов, способствующих увеличению эмиттанса пучка на выходе из ЛИУ. Аналитические оценки параметров пучка сопоставлены с результатами численного моделирования. По результатам сравнения измеренного эмиттанса пучка с его величиной, полученной в численном моделировании, сделан вывод об адекватности параметров пучка на качке терагерцовых колебаний в резонаторе ЛСЭ.

The paper analyzes the evolution of the emittance of a kiloampere electron beam in a linear induction accelerator (LIA) with a discrete focusing system in order to assess the possibility of its application as a driver for generating radiation according to the free electron laser (FEL) scheme. In this analysis, special attention is paid to the geometry and parameters of the electron injector, the entry of particles from which into the accelerating structure of such an LIA mainly determines the characteristics of the beam at its exit. The features of the transverse dynamics of the beam during its passage through this accelerating structure are studied. The influence of various factors contributing to an increase in the beam emittance at the output of the LIA is considered. Analytical estimates of the beam parameters are compared with the results of numerical simulation. Based on the results of comparing the measured beam emittance with its value obtained in numerical simulation, it was concluded that the beam parameters are adequate for pumping terahertz oscillations in the FEL cavity

линейный индукционный ускорительсильноточный релятивистский электронный пучокускорительный модультерагерцевый ЛСЭlinear induction acceleratorhigh-current relativistic electron beamacceleration moduleterahertz FELРаботы, описанные в статье, частично выполнены за счет средств гранта Российского научного фонда (грант No 19–12–00212).This work was partially funded by the grant of the Russian Science Foundation (no. 19–12–00212).ReferencesArzhannikov A. V., Ginzburg N. S., Malkin A. M. et al. Powerful Long-Pulse THz-Band Bragg FEL Based On Linear Induction Accelerator. 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), 2019, pp. 1–2.DOI 10.1109/IRM-MW-THz.2019.8874573Arzhannikov A. V., Ginzburg N. S., Malkin A. M. et al. Powerful Long-Pulse THz-Band Bragg FEL Based On Linear Induction Accelerator. 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), 2019, pp. 1–2.DOI 10.1109/IRM-MW-THz.2019.8874573Nikiforov D.A., Blinov M.F., Fedorov V.V. et al. High-Current Electron-Beam Transport in the LIA-5 Linear Induction Accelerator. Phys. Part. Nuclei Lett. 17, 2020, pp. 197–203. DOI 10.1134/S1547477120020156Nikiforov D.A., Blinov M.F., Fedorov V.V. et al. High-Current Electron-Beam Transport in the LIA-5 Linear Induction Accelerator. Phys. Part. Nuclei Lett. 17, 2020, pp. 197–203. DOI 10.1134/S1547477120020156Ivanov A.V., Tiunov M.A. ULTRASAM-2D code for simulation of electron guns with ultra high precision. Proceeding of EPAC-2002, Paris, 2002. Pp. 1634–1636.Ivanov A.V., Tiunov M.A. ULTRASAM-2D code for simulation of electron guns with ultra high precision. Proceeding of EPAC-2002, Paris, 2002. Pp. 1634–1636.Tiunov M. A. BEAM-2D code package for simulation of high perveance beam dynamics in long systems. Preprint, Budker INP 98-78, Novosibirsk, 1998.Tiunov M. A. BEAM-2D code package for simulation of high perveance beam dynamics in long systems. Preprint, Budker INP 98-78, Novosibirsk, 1998.KV-envelope code [Online]. URL: https://github.com/fuodorov/kenv.KV-envelope code [Online]. URL: https://github.com/fuodorov/kenv.S. Nagaitsev, A. Shemyakin, Beam emittance calculation in the presence of an axially symmetric magnetic field. FERMILAB-TM-2107.S. Nagaitsev, A. Shemyakin, Beam emittance calculation in the presence of an axially symmetric magnetic field. FERMILAB-TM-2107.Lund, S., Grote, D., Davidson, R. (2004). Simulations of beam emittance growthfrom the collective relaxation of space-charge non-uniformities. 2004-05-01.Lund, S., Grote, D., Davidson, R. (2004). Simulations of beam emittance growthfrom the collective relaxation of space-charge non-uniformities. 2004-05-01.M. Reiser.,Theory and design of charged particle beams, WILEY-VCH VerlagGmbH and Co.KGaA, Weinheim, 2008.M. Reiser.,Theory and design of charged particle beams, WILEY-VCH VerlagGmbH and Co.KGaA, Weinheim, 2008.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.