Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. УСКОРЯЮЩИЕ СЕКЦИИ С БЕГУЩЕЙ ВОЛНОЙ 21
1.1.Электродинамические характеристики ускоряющих секций
с бегущей волной и методика их анализа 21
1.2.Входной и выходной трансформаторы типа волны 29
1.3. Внутриволноводная поглощающая нагрузка 34
1.^Экспериментальное определение параметров ячейки
входного ТТВ 39
1.5.Входной ТТВ для линейного коллайдера SBLC 42
І.б.Перенапряженность поля в трансформаторе типа волны
секции SBLC 47
1.7.Настройка длинных цельнопаянных ускоряющих секций
с постоянным градиентом 56
1.8.Настройка ускоряющей секции с постоянным импедансом 68
Глава 2. ВЫСШИЕ ТИПЫ ВОЛН В УСКОРЯЮЩИХ СЕКЦИЯХ
С БЕГУЩЕЙ ВОЛНОЙ 77
2.1. Анализ возбуждения гибридных волн в секции коллайдера SBLC...77 2.2.Демпфирование волн высшего типа в секции коллайдера SBLC
с помощью волноводных выводов 87
2.3.Демпфирование волн высшего типа в секции коллайдера SBLC
с помощью искусственно увеличенных поверхностных потерь 98
2.4.Демпфирование волн высшего типа в секции коллайдера
SBLC с помощью гибридного ТТВ 107
Глава 3. УСКОРЯЮЩИЕ СЕКЦИИ СО СТОЯЧЕЙ ВОЛНОЙ 109
3.1.Сверхпроводящие резонаторы коллайдера TESLA 109
3.2.0ценка погрешности измерения полей в резонаторах коллайдера
TESLA при комнатной температуре 118
3.3 .Анализ возбуждения многоячеечных резонаторов 134
-4-3.4.0тносительная неравномерность распределения амплитуды
ускоряющего поля в MxN суперструктурах коллайдера TESLA 145
3.5.Устройства ввода мощности для ускоряющих резонаторов
коллайдера TESLA 150
З.б.Относительная неравномерность распределения напряженности
ускоряющего поля по ячейкам резонаторов, вызванная случайным
разбросом частот ячеек и коэффициентов связи 167
Глава 4. МОДЫ ВЫСШЕГО ПОРЯДКА В УСКОРЯЮЩИХ
РЕЗОНАТОРАХ КОЛЛАЙДЕРА TESLA 184
4.1.Устройства вывода мощности мод высшего порядка из
резонаторов коллайдера TESLA 184
4.2. Демпфирование мод высшего порядка в области частот третьей
дипольной моды 190
4.3.Экспериментальное исследование демпфирования мод высшего
порядка в резонаторах коллайдера TESLA 233
Глава 5. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ РАСПРЕ -ДЕЛЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ МОЩНОСТИ
HERA-WEST. 256
5.1.Кольцевой протон-электронный коллайдер HERA и система
распределения высокочастотной мощности HERA - WEST. 256
5.2.Матрицы рассеяния элементов системы распределения
высокочастотной мощности HERA - WEST. 260
5.3.Результаты статистического анализа системы распределения
высокочастотной мощности HERA - WEST. 271
5.4.Критерии настройки сверхпроводящих ускоряющих
резонаторов системы распределения высокочастотной
мощности HERA - WEST. 276
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 287
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 291
Введение к работе
Последние 25 лет ускорители со встречными пучками заряженных частиц являются основным инструментом исследования в области физики элементарных частиц высоких энергий [1]. Использование как адрон-адронных коллайдеров, так и электрон-позитронных коллайдеров привело к ряду замечательных открытий. Прямое наблюдение W±yl Z бозонов в CERN, исследование t -кварков в Fermilab - примеры достижений, полученных в экспериментах на адронных коллайдерах. Открытие с-кварков и r-лептонов на SPEAR, открытие глюонов и доказательство квантовой хромодинамики (QCD) на PETRA и PEP, точное исследование явления электрослабого взаимодействия на SLC и LEP - выдающиеся результаты, V полученные в экспериментах на электрон-позитронных коллайдерах[2].
Существующие в настоящее время коллайдеры (eV-коллайдер LEP2, ер - коллайдер HERA и рр' - коллайдер Tevatron) перекрывают область энергий вплоть до 200 - 300 ГэВ. Однако, в настоящее время общепри- / знанно, что следующее поколение е+е~ - коллайдеров и рр - коллайдеры (LHC) должны обеспечить энергию в системе центра масс 500 ГэВ и све-тимость 10 см" с" с возможностью последующего увеличения энергии до более 1 ТэВ и светимости до 1034 см*2с"' [3,4]. Синхротронные потери V энергии ускоряемых частиц, которые пропорциональны четвертой степени энергии пучка и обратно пропорциональны радиусу орбиты частиц, делают кольцевые коллайдеры недопустимо дорогими в области энергий свыше 200-300 ГэВ. В противоположность этому, линейные коллайдеры, стоимость которых растет линейно с энергией пучка, могут быть использованы в ТэВ-ой области энергий [5]. Первый и единственный линейный коллайдер SLC, построенный в SLA С [6], успешно продемонстрировал возможности линейных коллайдеров и замечательные характеристики.
В последние десятилетия были предложены и исследовались новые концепции ускорения пучков, основанные на лазерах и на ускорении в волнах, возбуждаемых в плазме. Однако, все эти экзотические схемы ускорения пока далеки от их технического воплощения в коллайдерах. Схемы, которые в настоящее время изучаются, базируются на традиционных радиочастотных ускоряющих структурах с улучшенными источниками мощности. В 1994 году на ЕРАС94 было создано международное сообщество для исследования и разработки линейных коллайдеров ТэВ-го диапазона энергий, а также был образован наблюдательный технический комитет (Technical Review Committee -TRC). Это сообщество объединяет более 20 крупнейших лабораторий со всего мира. Обзор всех основных проектов eV -линейных коллайдеров с энергией в системе центра масс 500 ГэВ и светимостью 1033 cm'V1, а также с возможностью последующего увеличения энергии до более 1 ТэВ и светимости до 1034 cm'V1, приведен в отче-те[4]. К ним относятся следующие проекты: TESLA (координируется DESY) [7 - 10]; SBLC (координируется DESY) [11]; JLC с вариантами основного ускорителя ^-частотного диапазона, С-частотного диапазона, Х-частотного диапазона (координируется КЕК) [12,13]; NLC (координируется SLAC) [14,15]; ВЛЭПП (координируется Институтом Ядерной Физики им. Будкера)[49,50]; CLIC (координируется CERN) [16,17].
Интенсивно изучаются четыре направления, по которым ведется разработка линейных коллайдеров: традиционный подход (SBLC), сверхпроводящий ускоритель (TESLA), использование высокочастотных клистронов (JLC, NLC, ВЛЭПП), схема двухпучкового ускорения (CLIQ.
Основные параметры этих коллайдеров приведены в Таблице 1.
Таблица 1.
Все эти направления отличаются технологией и рабочей частотой ускоряющей структуры основного ускорителя. Рабочая частота ускоряющей структуры основного ускорителя охватывает диапазон частот от 1.3 до 30 ГГц. При этом высокочастотная система основного ускорителя должна обеспечивать максимально возможную эффективность преобразования мощности, получаемой от сети, в ВЧ мощность, поступающую на вход ускоряющей структуры.
Конструкция ускоряющей .структуры должна обеспечить необходимый ускоряющий градиент и преобразовать значительную часть ВЧ мощности в мощность пучка. Из общих соображений следует, что легче достичь высокого ускоряющего градиента при высоких частотах. Напряженность поля, при которой происходит пробой, возрастает с увеличением частоты. Захват так называемого "темнового тока" имеет порог, который также возрастает с увеличением частоты (так для медной ускоряющей структуры GthX - 1.605 MB, где Gth - пороговый ускоряющий градиент, Я - длина волны [28]). "Темновой ток" образуется из электронов, эмитируемых под действием ускоряющего поля, вторичных электронов и других причин. Эти электроны могут приводить к ряду нежелательных эффектов, таких как радиация и шумы в измерительном оборудовании (например, в датчиках положения пучка), а в случае их ускорения до конца ускорителя, к образованию фона в точке взаимодействия. Асимметрия этих токов может привести к возбуждению поперечных полей в ускоряющей структуре. Шум в измерительном оборудовании и ток в конце ускорителя наблюдались в SLAC при работе SLC со средним ускоряющим градиентом 21 МВ/м, а в нескольких секциях с ускоряющим градиентом 30 МВ/м. Однако, в ускоряющей секции S—частотного диапазона, построенной в КЕК из специально обработанной меди с высокой степенью чистоты, было зафиксировано всего лишь 300 мкА импульсного "темнового тока" при макси- -9-мальном ускоряющем поле около 50 МВ/м. Для сверхпроводящих резонаторов обнадеживающие результаты получены в проекте TESLA, где достигается ускоряющее поле 25 МВ/м и выше.
Энергия, запасаемая на единице длины ускоряющей структуры, при-мерно пропорциональна G Л-, где G - ускоряющий градиент. Если принять G ~ Gth, то эта энергия примерно постоянна и не зависит от частоты. Но время, необходимое для запасания этой энергии в ускоряющей структуре, пропорционально Tj = Q/o) ~ о)"3/2. Следовательно, пиковая мощ-ность необходимая на 1 метр структуры ~ со . К сожалению, максимальная выходная мощность клистронов уменьшается с увеличением частоты, а не возрастает. Будущие линейные коллайдеры X— частотного диапазона, такие как NLC и JLC(X), требуют импульсные ВЧ мощности, которые не могут быть получены с помощью имеющихся в настоящее время источников. Однако клистроны способны генерировать ВЧ импульсы с длительностью в несколько раз большей длительности, требуемой для питания основного ускорителя линейного коллайдера.
Для согласования возможностей источников ВЧ мощности с требованиями, предъявляемыми к входной мощности, были разработаны системы компрессии ВЧ импульсов [18 - 27], такие как SLED, ВРС {Binary Pulse Compression system), SLED-II, DLDS {Delay Line Distribution System) и MDLDS {Multi-Moded DLDS). Первая из этих систем была использована для увеличения энергии двухмильного линейного ускорителя в SLAC. Её недостатком является экспоненциальный спад импульса и невысокая эффективность (75 - 80%) [28]. Для получения импульса с плоской вершиной и повышения эффективности системы была изобретена система ВРС, которая хотя и имела почти 100% эффективность и плоский выходной импульс, но была очень дорога и имела слишком большие размеры. Система SLED II имеет большую эффективность, чем SLED, а при коэффициенте -10-усиления больше 2, более компактна, чем ВВС. DLDS также позволяет получить выходной импульс с плоской вершиной и имеет теоретически 100% эффективность. Дальнейшее развитие эта система получила в виде MDLDS системе, которая имеет 100% эффективность, а полная длина волновода меньше, чем у компактной системы SLED II. В настоящее время эта система предложена, как наиболее предпочтительная система для будущего линейного коллайдераХ— частотного диапазона.
В SBLC планировалось использовать систему компрессии аналогичную SLED для перехода к энергии 1 ТэВ. Применение сверхпроводящих резонаторов в проекте TESLA устраняет необходимость получения очень высокой ВЧ мощности. Такие резонаторы сами запасают энергию в течение длительного периода времени (порядка миллисекунды) от источника с относительно низкой пиковой мощностью. При этом длительность импульса тока ускоренного пучка примерно вдвое меньше длительности ВЧ импульса.
Одной из центральных проблем, возникающих при создании линейных коллайдеров нового поколения, является проблема сохранения малого эмиттанса пучка во время ускорения в основном ускорителе, имеющем длину несколько километров. Дело в том, что даже при небольшом смещении ускоряемых частиц с оси ускоряющей структуры первый сгусток может возбуждать поля, имеющие поперечные компоненты. Эти поля воздействуют на частицы последующих сгустков, смещая их с оси структуры, и они в свою очередь также генерируют поля, имеющие поперечные компоненты. Если этот эффект не подавлять, то эмиттанс пучка будет возрастать и возможно разрушение пучка (beam break-up, BBU). Впервые эффект разрушения пучка наблюдался в начале 60-х годов при попытках увеличить интенсивность пучка на различных действующих ускорителях (например, в Стэнфорде и Харькове).
Эти нежелательные эффекты особенно сильны в высокочастотных ускоряющих структурах. Монопольные и дипольные моды, возбуждаемые пучком пропорциональны второй и третьей степени частоты, соответственно. Так, ускоряющие структуры основных ускорителей NLC/JLC должны обеспечивать темп ускорения 50-70 МэВ/м при подавлении отклоняющих мод до уровня ниже 1В/пКл/мм/м. В противном случае, связь сгустков в пучке будет резонансно усиливать его поперечную неустойчивость, приводя к разрушению последнего [29]. Были предложены и исследованы несколько ускоряющих структур X— частотного диапазона, на которых изучалась эффективность подавления возбуждаемых пучком мод с поперечными компонентами поля. Подавление этих мод осуществляется с помощью следующих методов:
Расстройка ячеек, которая осуществляется таким образом, чтобы частоты дипольных мод из низшей полосы систематически варьировались от ячейки к ячейке структуры. При этом произведение "плотности мод" и "степени связи моды с пучком", имеет примерно Гауссово распределение от частоты.
Демпфирование, которое достигается с помощью четырех волноводов, расположенных параллельно структуре и связанных с ячейками через узкие щели и оканчивающихся согласованными нагрузками. В результате добротность этих мод значительно уменьшается.
Это так называемые демпфированные расстроенные структуры (Damped Detuned Structure, DDS [30]). Кроме того, для увеличения шунтового сопротивления в среднем на 15% используется криволинейный профиль ячеек (Rounded Damped Detuned Structure, RDDS). В этих структурах достигается сильное подавление отклоняющих мод [29,31]. Для основной ускоряющей моды эти структуры являются структурами с постоянным градиентом. -12-В ускоряющих структурах CLIC также используется расстройка ячеек на частотах мод высшего порядка (НОМ - High Order Modes) и одновременное демпфирование этих мод за счет четырех волноводов, подключенных к каждой ячейке и оканчивающихся согласованными нагрузками. Расстройка ячеек осуществляется за счет линейного уменьшения параметра нагружения а/Х [32 - 34].
Ускоряющая структура SBLC так же является структурой с постоянным градиентом. Для демпфирования мод высшего порядка здесь предлагалось использовать два типа демпферов. В первом случае предлагалось покрыть внутреннюю поверхность отверстий диафрагм тонким слоем (~20 мкм) материала с малой проводимостью [11]. Как показали расчеты и измерения, добротность мод высшего порядка уменьшается более чем в 5 раз, а добротность основной ускоряющей моды изменяется не более чем на 5%. Испытание на высоком уровне мощности с помощью резонатора показали, что напряженность электрического поля достигала значения 28 МВ/м. Bt дополнение к этому предлагается использовать каплеры мод высшего порядка (НОМ- каплеры). Каждый такой НОМ- каплер состоит из четырех прямоугольных волноводов, связанных через узкие щели с одной из ячеек круглого диафрагмированного волновода (КДВ). Один из НОМ- каплеров располагается в начальной части ускоряющей секции, а второй - на расстоянии почти 2/3 длины секции от её начала. Конечно, двух таких каплеров не достаточно для демпфирования всех мод в полосе частот гибридной НЕМ\ і моды, поскольку 2/3 опасных мод из этой полосы частот оказываются "запертыми" в различных участках ускоряющей секции. Эти НОМ - каплеры могут использоваться для измерения амплитуды мод высшего порядка, наводимых пучком в полосе частот гибридной НЕМц моды, и получения управляющего сигнала для системы автоматического управления положением ускоряющей секции.
Проблема подавления мод высшего порядка присуща и сверхпроводящим ускоряющим резонаторам коллайдера TESLA. Ускоряющие резонаторы коллайдера TESLA состоят из 9 ячеек и имеют рабочую частоту л--моды 1.3 ГГц. Ускоряющие резонаторы объединены в модули по 8 резонаторов [3, 9]. Возбуждение мод высших типов наблюдалось в ряде таких модулей [35,36]. Несмотря на весьма пристальное внимание к модам высшего порядка и тщательную проработку конструкции сверхпроводящего резонатора и НОМ— каплеров [3], были обнаружены моды с очень высокой добротностью (Qc\0 ) и высоким импедансом (R/Q > 15 Ом/см ), возбуждаемые на частотах 2.58 - 2.59 ГГц [36]. Этим частотам соответствуют высшие дипольные моды из третьей полосы пропускания резонатора. Проблема усложняется ещё и тем, что пролетные трубки (078 мм), соединяющие резонаторы между собой, имеют критическую частоту для волны типа ТЕ\ і равную 2252.5 МГц. Таким образом, отдельные резонаторы оказываются сильно связанными между собой по этим высшим дипольным модам.
Не менее важной проблемой, возникающей при разработке ускоряющих секций основного ускорителя линейного коллайдера, является проблема разработки входного каплера фундаментальной моды, или входного трансформатора типа волны (ТТВ). Входной ТТВ должен обеспечить согласование на рабочей частоте между волноводом, подводящим ВЧ мощность, и ускоряющей структурой. При этом амплитуда и фаза ВЧ поля во входном ТТВ должны обладать симметрией. Для уменьшения стоимости изготовления конструкция входного ТТВ должна быть компактной. Кроме того, перенапряженность электрического поля на поверхности входного ТТВ должна быть минимальна или вообще исключена. Проблема разработки входного ТТВ, удовлетворяющего указанным требованиям, стоит -14-как для ускорителей с бегущей волной, так и для ускорителей со стоячей волной.
Неотъемлемой частью создания и исследования ускоряющей секции любого ускорителя является измерение электромагнитных полей рабочей моды и мод высшего порядка. Несмотря на то, что вопросам измерения электромагнитных полей посвящено большое число работ [37 — 40], в ряде случаев возникает проблема в оценке точности, а иногда и достоверности, проведенных измерений. В частности, такие проблемы возникают при исследовании ускоряющих структур, состоящих из слабосвязанных участков, а также когда рабочим видом колебаний является л--вид колебаний, а добротность исследуемого резонатора невелика. В этих случаях попытка измерения полей с использованием схемы четырехполюсника (на проход) может привести к недопустимо большой погрешности измерений, а в ряде случаев и к недостоверным результатам.
При окончательной настройке цельнопаянных ускоряющих секций с бегущей волной, состоящей из большого числа ячеек (несколько сотен), необходимо иметь возможность произвести подстройку частот отдельных ячеек. При этом критерием настройки является требуемое распределение амплитуды и фазы поля вдоль ускоряющей секции. Поэтому, важной задачей, возникающей при окончательной настройке ускоряющих секций с бегущей волной, является разработка методики определения параметров отдельных ячеек. Причем, измеренное распределение амплитуды и фазы поля вдоль ускоряющей секции служит информацией для выработки рекомендаций по настройке отдельных ячеек. Сама же процедура настройки должна занимать как можно меньше времени.
В настоящей работе представлен систематизированный материал по численному и экспериментальному исследованию нескольких типов ускоряющих структур и СВЧ устройств, предназначенных для применения в линейных электрон-позитронных коллайдерах и кольцевом протон- -15-электронном коллайдере. Из широкого круга проблем, связанных с созданием ускоряющих секций, рассмотрены и исследованы такие элементы ускоряющих секций с бегущей и стоячей волной, как входной ТТВ и внутриволноводная поглощающая нагрузка. Решается задача настройки ускоряющих секций, состоящих из большого числа ячеек, а также настройки отдельных её элементов и их оптимизации. Решается проблема анализа мод высшего порядка, и рассматриваются способы и средства их подавления. Проводится анализ погрешностей измерения электромагнитного поля в ряде ускоряющих секций, и даются рекомендации по проведению таких измерений.
Целью диссертации является разработка общих принципов исследования и создания нормально проводящих и сверхпроводящих ускоряющих систем линейных электрон - позитронных коллайдеров, состоящих в разработке и создании элементов ускоряющих секций линейных коллайдеров, в создании и отработке методов анализа и настройки, как отдельных элементов, так и ускоряющих секций в целом, в анализе влияния погрешностей изготовления и настройки на электродинамические характеристики ускоряющих секций, а также в анализе погрешностей измерения электромагнитного поля, в создании и отработке методов анализа мод высшего порядка, способов и средств их подавления.
Диссертация состоит из пяти глав и заключения.
В первой главе приведено обоснование способа описания ускоряющих секций с бегущей волной, состоящих из большого числа ячеек. Получены аналитические выражения для параметров ячеек входных и выходных ТТВ трех типов, а также внутриволноводных поглощающих нагрузок. Проведен анализ влияния случайных погрешностей изготовления и настройки ячеек ускоряющих секций на энергию частиц. Даны рекомендации по настройке ТТВ. Получены выражения для оптимальных параметров ТТВ. Разработана методика настройки длинных цельнопаянных уско- ряющих секций по экспериментально снятому распределению амплитуды и фазы ускоряющего поля на оси волновода. Приводятся результаты настройки ускоряющих секций с постоянным градиентом и рабочим видом колебаний — ускорителя LINAC-II (156 ячеек) и SBLC (181 ячейка), а также секции банчера с рабочим видом колебаний — и постоянным импедансом.
Во второй главе проводится анализ ускоряющих секций с бегущей волной в двух полосах частот,, соответствующих гибридной НЕМц волне. Приведены результаты анализа для ускоряющих секций SBLC.
В третьей главе приводятся результаты теоретического и экспериментального анализа ускоряющих секций сверхпроводящего коллаидера TESLA. Разработана методика расчета входного ТТВ с прямоугольным волноводом для двух ускоряющих резонаторов на базе суперструктуры, состоящей из 4x7 ячеек. Приводятся результаты анализа влияния несимметрии поля в таком ТТВ на поперечный импульс ускоряемых сгустков. Для девятиячеечного резонатора TESLA приводятся результаты анализа переходного режима возбуждения с учетом нагрузки током. Проведен анализ влияния переходного процесса на разброс энергии ускоряемых сгустков на выходе секции. Проведено численное моделирование влияния случайного разброса частот ячеек MxN суперструктур на неравномерность распределения ускоряющего поля. Дан анализ систематической погрешности измерения электромагнитного поля в ускоряющих резонаторах коллаидера TESLA и причин их вызывающих. Получены аналитические выражения для дисперсии относительной неравномерности распределения поля по ячейкам ускоряющих резонаторов различного типа, вызванной случайной расстройкой частот ячеек и случайным разбросом коэффициентов связи между ячейками.
Четвертая глава посвящена исследованию мод высшего порядка, возбуждаемых в сверхпроводящих резонаторах TESLA в полосе частот, соответствующей первой, второй, третьей дипольным модам, второй монопольной моде, второй квадрупольной моде, предлагается модификация НОМ- каплера, приводятся результаты экспериментального исследования различных каплеров высших мод в широкой полосе частот.
В пятой главе проводится статистическое исследование системы распределения мощности кольцевого ер - коллаидера HERA для питания 16 сверхпроводящих ускоряющих резонаторов. Решается проблема тонкой настройки сверхпроводящих ускоряющих резонаторов.
В заключении формулируются основные результаты диссертации.
Научная новизна работы, заключается в следующем:
Впервые получены аналитические выражения для расчета электродинамических параметров ячеек входного и выходного ТТВ и внутриволно-водных поглощающих нагрузок, реализация которых обеспечивает согласование на рабочей частоте, проведена оптимизация входного и выходного ТТВ, внутриволноводной поглощающей нагрузки при которой обеспечиваются минимальные отражения в максимально широкой полосе частот.
Впервые проведены расчеты и экспериментальное исследование ТТВ с симметризацией электромагнитного поля в области пролета пучка для ускоряющей секции SBLC, выработаны рекомендации по его настройке. Результаты расчетов и рекомендации по настройке подтверждены экспериментальными исследованиями на ускоряющих секциях коллаидера SBLC и ускоряющих секциях LINAC -И.
Впервые разработана методика настройки длинных цельнопаянных ускоряющих секций с бегущей волной и любым рабочим видом колебаний. Методика апробирована на шести метровых ускоряющих секциях коллаидера SBLC и ускоряющих секциях LINAC-U.
4. Впервые получены аналитические выражения для среднеквадратиче- ской неравномерности распределения ускоряющего поля в ускоряющих резонаторах различного типа. Получены новые данные о среднеквадрати-ческой неравномерности распределения ускоряющего поля в ускоряющих секциях на основе MxN суперструктур.
Получены новые данные о причинах возникновения и характере систематических погрешностей измерения распределения ускоряющего ПОЛЯ в ускоряющих секциях TESLA на основе MxN суперструктур.
Предложены и экспериментально исследованы модифицированные ЯОМ-каплеры для сверхпроводящих ускоряющих секций линейного кол-лай дера TESLA.
Впервые проведено статистическое исследование системы распределения мощности HERA - WEST кольцевого протон-электронного коллай-дера для питания 16 сверхпроводящих ускоряющих резонаторов, проведено исследование влияния случайного разброса параметров направленных ответвителей, делителей мощности и нагрузок, а так же частот резонаторов на снижение мощности передаваемой на ускорение пучка. Выработаны критерии настройки сверхпроводящих ускоряющих резонаторов и решена проблема тонкой настройки таких резонаторов в системе распределения мощности HERA - WEST.
Основные положения, выносимые на защиту: — Полученные аналитические выражения для параметров ячеек входных и выходных ТТВ, а также внутри волноводных поглощающих нагрузок, рекомендации по настройке ТТВ и результаты оптимизации параметров ТТВ и внутриволноводных нагрузок. — Разработанную и апробированную методику настройки длинных цельнопаянных ускоряющих секций с бегущей волной и любым рабочим видом колебаний.
Аналитические выражения для среднеквадратической неравномерности распределения ускоряющего поля в ускоряющих резонаторах различного типа и новые данные о среднеквадратической неравномерности распределения ускоряющего поля в ускоряющих резонатора на основе MxN суперструктур.
Результаты анализа систематических погрешностях измерения распределения ускоряющего поля в ускоряющих резонаторах на основе MxN суперструктур и рекомендации по проведению подобных измерений.
Предложенные и экспериментально исследованные модифицированные ЖЖ-каплеры для сверхпроводящих ускоряющих секций линейного коллайдера TESLA.
По мнению автора, эти положения можно квалифицировать, как новое крупное достижение в развитии ускорительной техники, заключающееся в создании и развитии методов разработки и исследования ускоряющих систем линейных ускорителей электронов на высокие и низкие энергии.
Результаты работы по теме диссертации докладывались и обсуждались: на 3-ей Европейской конференции по ускорителям частиц (ЕРАС 92, Берлин, 24 -28 марта 1992 г.); на 4-ой Европейской конференции по ускорителям частиц (ЕРАС 94, Лондон, 27 июня -1 июля 1994 г.); на 5-ой Европейской конференции по ускорителям частиц (ЕРАС 96, Испания, Ситгес, 10-14 июня 1996 г.); на 6-ой Европейской конференции по ускорителям частиц (ЕРАС 98, Стокгольм, 22 - 26 июня 1998 г.); на 17-ой Конференции по ускорителям частиц (РАС 97, Ванкувер, 12 -16 мая 1997 г.); на 17-ой Международной конференции по линейным ускорителям (Ы-пас 94, Япония, 1994); -20-на 18-ой Международной конференции по линейным ускорителям {Ы- пас 96, Женева, 1996); на 20-ой Международной конференции по линейным ускорителям {Ы-пас 2000, Monterey, California, 2000); на 8-ой Европейской конференции по ускорителям частиц {ЕРАС 2002, Франция, Париж, 2002 г.); на 15-ом совещании по ускорителям заряженных частиц (ГНЦ РФ ИФ-ВЭ, Протвино, 22-24 октября 1996 г.); на 15-ом Международном семинаре по линейным ускорителям заряженных частиц (Алушта, 1997); на Рабочем совещании по линейным коллайдерам (Звенигород, 1997); на Научной сессии МИФИ 1998 г.
Основные результаты диссертации изложены в 25 научных публикациях, в том числе в монографии [109] и учебном пособии [110].