Введение к работе
Актуальность темы. Являясь незаменимыми приборами для фундаментальных исследований, ускорители заряженных частиц нашли также широкое применение в прикладных исследованиях, медицине и промышленности. Непрерывно развивающиеся и совершенствующиеся технологии, применяемые в ускорительной технике, позволяют в настоящее время создавать компактные и относительно недорогие установки, благодаря чему спектр возможного применения ускорителей постоянно расширяется. В зависимости от области применения имеют место следующие тенденции развития электронных ускорителей: увеличение ускоряющего градиента и заряда сгустков, снижение эффектов паразитных полей, уменьшение продольного и поперечного эмиттансов, увеличение коэффициента заполнения рабочего цикла, эффективности ускорения и средней мощности пучка. Неотъемлемой составной частью расчётов любого современного ускорителя является изучение динамики частиц и оптимизация его параметров с учётом характерных особенностей динамики, что и определяет актуальность темы настоящей диссертации.
Основной целью диссертационной работы являлось выполнение расчетов динамики пучка для проектов ускорительных комплексов различного назначения, реализуемых в НИИЯФ МГУ и других организациях, с учётом электродинамических характеристик и оптических свойств основных элементов ускорителей, а также оптимизация параметров установок на основании полученных данных.
Научная новизна работы заключается в предложенных возможных применениях резонансных ускорителей электронов различного типа таких, как компактный разрезной микротрон для интраоперационной радиационной терапии и рециркулятор для медицинского источника рентгеновского излучения, и результатах выполненных расчётов по оптимизации их параметров на основании данных об основных особенностях динамики пучка.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные в ней результаты используются при разработке ускорителей электронов для проектов ускорительных комплексов различного назначения, а также при проведении испытательных и пусковых работ на установках, реализованных в НИИЯФ МГУ. Методики расчётов, созданные в настоящей работе, могут быть использованы в дальнейшем при разработке новых проектов ускорителей электронов в широком диапазоне их возможного применения.
Автор выносит на защиту следующие основные положения:
Результаты оптимизации параметров ускоряющей структуры и системы инжекции пучка, а также расчётов динамики частиц в мощном технологическом ускорителе электронов.
Методику определения основных параметров параксиального аксиально-симметричного пучка электронов с учётом сил пространственного заряда и результаты проведённых на базе этой методики экспериментальных исследований параметров пучка электронной пушки.
Концептуальную модель компактного источника дихроматического рентгеновского излучения на базе рециркулятора электронов, а также результаты расчётов специально разработанной модели рециркулятора для данного источника.
Модель компактного разрезного микротрона для интраоперационной радиационной терапии и результаты оптимизации параметров основных его элементов.
Аналитический метод анализа фазового движения в разрезном микротроне, учитывающий зависящий от энергии эффект сдвига фазы на участке дрейфа между поворотными магнитами, а также аналитический подход для определения основных параметров разрезного микротрона с учётом этого эффекта.
Все результаты, представленные в диссертации, получены самим автором, либо при его непосредственном участии. Достоверность научных положений, результатов и выводов обеспечена их внутренней согласованностью и непротиворечивостью, соответствием твёрдо установленным теоретическим и экспериментальным фактам.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации были представлены и обсуждены на конференциях:
XV International Synchrotron Radiation Conference, 2004, Novosibirsk, Russia.
Ломоносовские чтения 2004, НИИЯФ МГУ, Москва.
XIX Всероссийская Конференция по Ускорителям Заряженных Частиц RUPAC 2004, Дубна, Московская область.
Ломоносовские чтения 2005, НИИЯФ МГУ, Москва.
Научная сессия МИФИ 2005, МИФИ, Москва.
SPIE Conference, Optics & Photonics 2005, San Diego, California, USA.
The XI International Conference on Charged Particle Accelerators Applied In
Medicine and Industry, 2005, Saint-Petersburg, Russia.
Научная сессия МИФИ 2006, МИФИ, Москва.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы, содержит 180 страниц, 102 рисунка и 21 таблицу. Список литературы содержит 85 наименований.
