Исследование поперечной неустойчивости сильноточного релятивистского электронного пучка в линейном индукционном ускорителе
Е. С. Сандалов,
С. Л. Синицкий,
Д. И. Сковородин,
Д. А. Никифоров,
П. В. Логачев,
П. А. Бак,
К. И. Живанков,
Е. К. Кенжебулатов,
А. В. Петренко,
О. А. Никитин,
А. Р. Ахметов,
Р. В. Протас,
С. Д. Хренков,
И. А. Журавлев,
И. В. Пензин,
А. Р. Дон https://doi.org/10.25205/2541-9447-2022-17-1-5-22
Аннотация
Представлены результаты исследований развития поперечной неустойчивости сильноточного релятивистского электронного пучка в линейном индукционном ускорителе (ЛИУ) на энергию электронов до 5 МэВ, созданном в ИЯФ СО РАН совместно с РФЯЦ ВНИИТФ. Эти результаты получены с помощью программного комплекса, позволяющего моделировать динамику развития неустойчивости, а также рассчитывать средний инкремент ее развития по длине ускорителя. Комплекс состоит из четырех основных частей. Первая из них, выполненная на основе трехмерной модели электродинамической системы ускоряющего модуля ЛИУ, позволяет рассчитывать основные характеристики собственных электромагнитных колебаний такого модуля, вторая и третья части созданы для нахождения трехмерных ускоряющих электрических и фокусирующих магнитных полей соответственно. В последней части комплекса производится решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих как движение макрочастиц пучка в электрических и магнитных полях, создаваемых в том числе и собственными модами ускорительных модулей, так и возбуждение полей этих мод самим пучком электронов. Адекватность используемых физических моделей, заложенных в программный комплекс, тестировалась путем сравнения спектров колебаний полей в ускорительных модулях, полученных в расчетах и зарегистрированных в эксперименте. На основе полученных данных выявлены основные закономерности развития поперечной неустойчивости пучка в диапазоне частот Δf =0,3–1,1 ГГц, а также предложены возможные способы подавления этой неустойчивости в ЛИУ.
Ключевые слова
линейный индукционный ускоритель,
сильноточный релятивистский электронный пучок,
поперечная неустойчивость пучка,
ускорительный модуль,
дипольные колебания
При поддержке: Основная доля исследований проведена в ИЯФ СО РАН: работы, описанные в разделах 3.2 и 3.3 выполнены за счет средств гранта Российского научного фонда (грант № 19-12-00212), а в остальных разделах – за счет гранта Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 19-32-90057).
Об авторах
Е. С. Сандалов
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет
Россия
Россия
Евгений Сергеевич Сандалов, аспирант
Новосибирск
С. Л. Синицкий
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет
Россия
Россия
Станислав Леонидович Синицкий, кандидат физико-математических наук
Новосибирск
Д. И. Сковородин
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет
Россия
Россия
Дмитрий Иванович Сковородин, кандидат физико-математических наук
Новосибирск
Д. А. Никифоров
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет
Россия
Россия
Данила Алексеевич Никифоров, научный сотрудник
Новосибирск
П. В. Логачев
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Павел Владимирович Логачев, доктор физико-математических наук, академик РАН
Новосибирск
П. А. Бак
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Петр Алексеевич Бак, старший научный сотрудник
Новосибирск
К. И. Живанков
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Кирилл Игоревич Живанков, научный сотрудник
Новосибирск
Е. К. Кенжебулатов
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Ермек Какимович Кенжебулатов, научный сотрудник
Новосибирск
А. В. Петренко
Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук
Россия
Россия
Алексей Васильевич Петренко, кандидат физико-математических наук
Новосибирск
О. А. Никитин
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е. И. Забабахина
Россия
Россия
Олег Альфредович Никитин, кандидат технических наук
Снежинск
А. Р. Ахметов
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е. И. Забабахина
Россия
Россия
Александр Рамзисович Ахметов, старший научный сотрудник
Снежинск
Р. В. Протас
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е. И. Забабахина
Россия
Россия
Роман Викторович Протас, кандидат физико-математических наук
Снежинск
С. Д. Хренков
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е. И. Забабахина
Россия
Россия
Сергей Дмитриевич Хренков, научный сотрудник
Снежинск
И. А. Журавлев
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е. И. Забабахина
Россия
Россия
Игорь Алексеевич Журавлев, научный сотрудник
Снежинск
И. В. Пензин
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е. И. Забабахина
Россия
Россия
Илья Владимирович Пензин, научный сотрудник
Снежинск
А. Р. Дон
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е. И. Забабахина
Россия
Россия
Антон Робертович Дон, научный сотрудник
Снежинск
Список литературы
1. Panofsky W. K. H., Bander M. Asymptotic theory of beam breakup in linear accelerators. Rev. Sci. Instrum., 1968, vol. 39, pp. 206–212.
2. Neil V. K., Hall L. S., Cooper R. K. Further theoretical studies of the beam breakup instability. Particle Accel., 1979, vol. 9, no. 4, pp. 213–222.
3. Ekdahl C., Coleman J. E., McCuistian B. T. Beam breakup in an advanced linear induction accelerator. IEEE Trans. Plasma Sci., 2016, vol. 44, no. 7, pp. 1094–1102. DOI 10.1109/TPS.2016.2571123
4. Logachev P., Kuznetsov G., Korepanov A. et al. LIU-2 linear induction accelerator. Instrum. Experim. Techn., 2013, vol. 56, no. 6, pp. 672–679. DOI 10.1134/S0020441213060195
5. Starostenko D. A., Logachev P. V., Akimov A. V. et al. Results of operating LIA-2 in radiograph mode. Phys. Particles Nuclei Lett., 2014, vol. 11, no. 5, pp. 660–664. DOI 10.1134/S1547477114050264
6. Nikiforov D. A., Blinov M. F., Fedorov V. V. et al. High-current electron-beam transport in the LIA5 linear induction accelerator. Phys. Particles Nuclei Lett., 2020, vol. 17, no. 2, pp. 197–203. DOI 10.1134/S1547477120020156
7. Sandalov E S., Sinitsky S. L., Burdakov A. V. et al. Electrodynamic System of the Linear Induction Accelerator Module. IEEE Trans. Plasma Sci., 2021, vol. 49, no. 2, pp. 718–728. DOI 10.1109/TPS.2020.3045345
8. Ekdahl C. Tuning the DARHT Long-Pulse Linear Induction Accelerator. IEEE Trans. Plasma Sci., 2013, vol. 41, no. 10, pp. 2774–2780. DOI 10.1109/TPS.2013.2256933
9. Ekdahl C. Electron-beam dynamics for an advanced flash-radiography accelerator. IEEE Trans. Plasma Sci., 2015, vol. 43, no. 12, pp. 4123–4129.
10. Ekdahl C., McCrady R. Suppression of Beam Breakup in Linear Induction Accelerators by Stagger Tuning. IEEE Trans. Plasma Sci., 2020, vol. 48, no. 10, pp. 3589–3599. DOI 10.1109/TPS.2020.3019999
11. Briggs R. J., Fawley W. Campaign to minimize the transverse impedance of the DARHT-2 induction linac cells. Lawence Berkeley Nat. Lab. Berkeley, CA, USA, 2002. Tech. Rep.LBNL-56796(Rev-1),
12. Walling L. et al. Transmission-line impedance measurements for an advanced hadron facility. Nucl. Instrum. Meth., 1989, vol. A281, pp. 433–447.
13. Flöttman K. ASTRA. Hamburg, DESY, 2000.
Рецензия
Для цитирования:
Сандалов Е.С., Синицкий С.Л., Сковородин Д.И., Никифоров Д.А., Логачев П.В., Бак П.А., Живанков К.И., Кенжебулатов Е.К., Петренко А.В., Никитин О.А., Ахметов А.Р., Протас Р.В., Хренков С.Д., Журавлев И.А., Пензин И.В., Дон А.Р. Исследование поперечной неустойчивости сильноточного релятивистского электронного пучка в линейном индукционном ускорителе. Сибирский физический журнал. 2022;17(1):5-22. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2022-17-1-5-22
For citation:
Sandalov E.S., Sinitsky S.L., Skovorodin D.I., Nikiforov D.A., Logachev P.V., Bak P.A., Zhivankov K.I., Kenzhebulatov E.K., Petrenko A.V., Nikitin O.A., Akhmetov A.R., Protas R.V., Khrenkov S.D., Zhuravlev I.A., Penzin I.V., Don A.R. Investigation of Transverse Instability of a High-Current Relativistic Electron Beam in a Linear Induction Accelerator. SIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS. 2022;17(1):5-22. (In Russ.) https://doi.org/10.25205/2541-9447-2022-17-1-5-22
Просмотров:
764
Послать статью по эл. почте 