Введение к работе
Актуальность пройдеш и состояние вопроса. В резонансных линейных ускорителях протонов одной из наиболее значшаа систем является ускоряющая секция. Ее параметры во многом, определяют эффективность самого ускорителя. Поэтому важным этапом при его создания является исследование рабочих характеристик секцій. В Институте химической кинетики и горения СО РАН для ЛУ протонов на обратной волне была разработана и создана новая ускоряющая секция УС-85, расчитанная на ток инжекцин, равный ~ 0,1 А. В целях повышения коэффициента захвата ускорителя в динамику движения частиц УС-85 на участке группирования заложен относительно невысокий темп ускорения (~0,35 МэВ/м), Несомненно,представляет интерес экспериментальное исследование этой секции при интенсивной нагрузке пучком, что до сих гор не было осуществлено. УС-85 представляет собой распределенную в пространстве динамическую систему со встрочным направлением потоков ВЧ энергии к ускоряемых частиц. Такое же встречное направление потоков определяет физический принцип работы ЛОВ п ускоряющих систем с рекуперацией ВЧ энергии. Известно, что в этих устройствах при значительных токах инжекции Еозншсает автокодуляцпя пучка. Следовательно, прц интенсивной нагрузке пучком секции УС-85 з ней, так же как в лампах и рекуператорах, возможны автоколебательные процессы. При импульсной модуляции пучка и ВЧ мощности в ЛУ имеют место переходные процессы, которые ухудшают форму импульса тока пучка, снижают КПД ускорителя.'Разработка простых и эффективных методов исследования и создание экспериментальных установок, предназначенных для изучения нестационарных процессов,являются важными задачами. Таким образом, актуальность проблемы заключается в разработке методик, создании установок и осуществлении экспериментального исследования нагруженной секции ЛУ протонов на основе выполненных разработок.
Цель работа. Целью настоящей работы является экспериментальное исследование методом импульсного электронного моделирования нестационарных процессов в нагруженной секции линейного ускорителя протонов на обратной ватне, а также
определенна ее токо-энергетических характеристик в широком диапазоне значений параметров шшекцаоннок, высокочастотной и фокусирующей систем.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработана импульсная методика электронного моделирования;
создана экспериментальная установка - импульсная электронная модель ЛУ;
впервые в секции ЛУ на обратной волне экспериментально обнаружены автоколебания ускоренного тока пучка, дано объяснение физического механизма этого явления, экспериментально определены области устойчивой работы секции УС-85;
проведена оптимизация длительности переходного процесса при выводе секции ЛУ на стационарный режим;
методом импульсного электронного моделирования определены токо-энергетические .характеристики секции УС-85;
разработана и реализована "горячая" методика измерения относительной амплитуды электрического поля ускоряющей гармоники (VVp) коротких участков секции переменного шага с длительным взаимодействием частиц и волны, обладающей отрицательной дисперсией, где Е - ускорящее поле, Р - ВЧ мощность.
Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в разработке "горячих" методов исследования секции ЛУ протонов на обратной волне, основанных на импульсной модуляции потоков частиц и ВЧ мощности, в создании экспериментальной установки - импульсной электронной модели ЛУ„. С использованием этих методик проведено экспериментальное исследование начального участка секции УС-85. Обнаружено новое для Ш на обратной волне явление - автоколебания ускоренного тока пучка. Экспериментально определены области устойчивой работы секции этого ускорителя.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 9, II и 12 Всесоюзных семинарах по линейным ускорителям заряженных частиц (г. Харьков, 1985, 1989 и 1991 г.), на конкурсах научных работ ИШГ СО РАН (г.Новосибирск, 1985, 1990 и 1991 г.).
Публикация. Основные результаты диссертации содержатся в 7-й печатных работах и опубликованы в журналах "Письма
в Ж1Ф", "Приборы и техника эксперимента", "Электронная техника", сборниках "Вопросы атомной науки и техники", а таюхе в материалах Всесоюзных семинаров. По материалам диссертации получено два авторских свидетельства.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Общий объем работы составляет 139 страниц, она содержит 53 рисунка и 4 таблицы. Список цитируемой литературы составляет 82 наименования.