CC BY
11
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 232 1975
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ШТЫРЕВЫХ УСКОРЯЮЩИХ СТРУКТУР
Р. Г. КАМИНСКАЯ, В. В. БАРАБОШКИН
(Представлена семинаром сектора С'ВЧ и ТУ НИИ ЯФ).
В волноводных синхротронах в качестве ускоряющей структуры применялись гладкий или диафрагмированный изогнутые волноводы [1, 2]. Однако, как показано в работе [3], в качестве ускоряющих систем синхротронов на большие энергии могут быть использованы и штыревые структуры. Но данные структуры еще недостаточно изучены.
В настоящей статье приводятся результаты экспериментального исследования электродинамических характеристик однорядной и двухрядной штыревых гребенок (рис. 1) методом малых возмущающих тел.
На рис. 2 представлены расчетные и экспериментальные дисперсионные характеристики. Для расчета дисперсионных кривых использовались выражения, приведенные в [4]. Большое расхождение экспериментальных и расчетных данных для я-вида колебания объясняется тем, что дисперсия рассчитывалась в предположении однородности поля между штырями.
а,
Щ □
□ сн □
□
/7 9 р
Рис. 1. Штыревые замедляющие системы: 1—однорядная, 2 — двухрядная.
в О Ю // /2 ¡3 ¡4 ¡5 ¡6 ¡7 X (см)
Рис. 2. Дисперсионные зависимости штыревой системы: 1 — однорядная, 2 — двухрядная.
На рис. 3, 4 представлены зависимости сопротивления связи и отношение шунтового сопротивления к добротности Яи/(2, которое характеризует эффективность выбранной системы и зависит только от геометрических размеров, выраженных в длинах воли генератора.
я
Зависимости /?сп и RlUlQ приведены для — -вида колебания, так как
вблизи этого вида колебания наблюдается максимум шунтового сопротивления [5]. Как следует из рисунка, сопротивление связи и сильно зависит для однорядной гребенки от расстояния между боковой стенкой и штырем, а для двухрядной — от расстояния между штырями аГ/. и значительно меньше зависит от других геометрических размеров.
£ш[0м\ Q К СМ /
20
15
/О
Rc8(qm) .¡ооо- ■800
■600 1» U1L \\ ш
■400 *5 а \ \\ к V
■200 0,1 > 5 q "/ti ю
005
0J0
q/5 0{?Q дду
Рис. 3. Зависимость RCB и RwJQ от геометрических размеров для однорядной штыревой структуры.
При увеличении надштыревого зазора как в однорядной, так и в двухрядной структуре в случае b<ch наблюдается очень слабая зависимость, в случае же b>h происходит падение эффективности структуры, и штыри не оказывают заметного влияния на замедление волны, а структура ведет себя, как гладкий волновод с дополнительными потерями.
Как видно из дисперсионных кривых, штыревые структуры обладают большой широкополосносгыо, что позволяет использовать их для ускорения частиц в большом диапазоне частот без перестройки. Но увеличение широкополосиости приводит к увеличению групповой скорости [Згр, которая становится значительно больше, чем для круглых диафрагмированных волноводов, применяемых в ускорителях.
Зависимости групповой скорости ¡Згр для однорядной и двухрядной гребенок показаны на рис. 5. Для сравнения на этом же рисунке помещена зависимость |Згрдля круглого диафрагмированного волновода от размеров пространства взаимодействия, построенная по данным [6].
Так как сопротивление связи и R^/Q связаны соотношением RmiQz=
2-
^-ЯсвРгр, то при одинаковых Rui/Q для штыревых гребенок и круглого
диафрагмированного волновода сопротивление связи для штыревых гребенок всегда меньше, чем для круглого диафрагмированного волновода.
Групповая скорость и затухание в волноводе связаны соотношением Поэтому увеличение групповой скорости соответствует умень-
хРгрС'
шению затухания. А это, в свою очередь, приведет к уменьшению прироста энергии частиц при прохождении волновода, которое, как известно, определяется по формуле
и с учетом нагрузки пучком V
1ЯМ 1
-а!
а1
где Р0 — подводимая высокочастотная мощность, I — ток частиц.
А теперь рассмотрим, как скажется увеличение ргр на приросте энергии в волноводной системе, которая имеет кольцо с обратной связью. В этом случае прирост энергии частиц выразится, согласно [7], выражением
040
0.2 О/аМ.УА
Рис. 4. Зависимость ЯСв и Яш/Я от геометрических размеров для двухрядной штыревой структуры
005
0/0
.Л—
_ 1 ;
■■ ✓ ^ ■—1 ^
// X ✓
0/5
0,20
л'я и
Рис. 5. Зависимость групповой скорости ргр от геометрических размеров: 1—однорядная, 2 — двухрядная, 3 — круглый диафрагмированный волновод.
V
/2 ЯщРр/ -=
/Л,
й2 е" ^
(1 ~е-)2е~1У 1-/г2 е'
где т=а+у— общее затухание в ускоряющем волноводе айв системе обратной связи у, к — коэффициент связи. Для случая а<С 1 и т<С 1 имеем
V
У2<хНшРпк-1Яша/1~к2 1-/1^(1-1)
Первый член в этом выражении описывает прирост энергии частиц при пролете через ускоряющий волновод, второй—наведенное пучком поле.
Из этого выражения видно, что уменьшение затухания а при возрастании ргр приводит к уменьшению прироста энергии, который пропорцио-палепУ^оГ В то же время уменьшается наведенное пучком поле в а раз. Следовательно, системы с большой групповой скоростью эффективно использовать в системах с обратной связью для сильноточных ускорителей.
Итак, полученные результаты экспериментального исследования электродинамических характеристик однорядной и двухрядной штыревых гребенок показали, что штыревые структуры обладают меньшим затуханием, значительно широкополоснее круглых диафрагмированных волноводов. Они могут быть эффективно использованы в качестве ускоряющих систем с обратной связью для сильноточных ускорителей.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. А. В о р о б ь е в [и др]. Труды IV Межвузовской конференции по электронным ускорителям. М., «Высшая школа», 1964.
2. А. А. В о р о б ь е в [и др]. Сб. «Электронные ускорители». Труды VII Межвузовской конференции по электронным ускорителям. М., Госатомиздат, 1970.
3. А. А. В о р о б ь е в, А. II. Д идеи ко. «Атомная энергия», 12, 242, 1962. 4. Л. Н. Б е з м а т е р и ы х. Диссертация. Томск, 1964.
5. П. И. Г ось ко в. Изв. вузов, «Радиотехника», VII, 5, 398, 1964.
6. О. А. В а л ь д н е р, Н. П. Со бен и н, В. В. Зверев, И. С. Щ е д р и н. Справочник по диафрагмированным волноводам. М., Атомиздат, 1969.
7. А. II. Д и д с н к о, Г. П. Фоменко. «Радиотехника и электроника», XVI, 6, 1017, 1971.
