Исследование поперечной неустойчивости сильноточного релятивистского электронного пучка в линейном индукционном ускорителе

Е. С. Сандалов1,2, С. Л. Синицкий1,2, Д. И. Сковородин1,2, Д. А. Никифоров1,2, П. В. Логачев1, П. А. Бак1, К. И. Живанков1, Е.К. Кенжебулатов1, А. В. Петренко1, О. А. Никитин3, А. Р. Ахметов3, С. Д. Хренков3, И. А. Журавлев3, И. В. Пензин3, А. Р. Дон3, Р. В. Протас3

1Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск, Россия

2Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия

3 Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский Федеральный Ядерный Центр – Всероссийский НИИ технической физики имени академика Е.И. Забабахина», Снежинск, Россия

В первых экспериментах по генерации и ускорению пучка в ЛИУ на энергию 5 МэВ были зарегистрированы сильные поперечные колебания пучка как целого с частотой 0,318 ГГц и добротностью 40, возникающие при токе пучка выше 1 кА. Одной из наиболее вероятных причин развития подобных колебаний является поперечная неустойчивость электронного пучка, известная как BBU (Beam-Breakup instability) [1–3]. Механизм возбуждения этой неустойчивости обусловлен раскачкой пучком собственных дипольных мод в ускорительных модулях ЛИУ, которые, в свою очередь, возбуждают поперечные колебания пучка как целого. Такая модуляция поперечного движения центроида пучка (центроид – это центр распределения плотности заряда в поперечном сечении пучка) существенно увеличивает эффективность возбуждения пучком таких же мод в последующих ускорительных модулях. В результате этого механизма поперечная неустойчивость приобретает конвективный характер, то есть в каждом отдельно взятом модуле амплитуда колебаний дипольных мод может даже уменьшаться с течением времени, но вследствие модуляции поперечного движения пучка амплитуда колебаний экспоненциальным образом возрастает от модуля к модулю. Помимо колебаний центроида пучка такая неустойчивость может приводить к размыванию поперечного сечения пучка и соответственно к росту его эмиттанса.

В данной статье будут представлены описание программного комплекса, позволяющего моделировать динамику развития поперечной неустойчивости во времени, а также результаты проведенных с его помощью исследований этой неустойчивости в случае электронного пучка с килоамперными токами.

Общая схема ЛИУ на энергию 5 МэВ представлена на рис.1.

(Рисунок предоставляется отдельно в одном из графических форматов: jpg, tif, png и т. д.)

Рис. 1. Схема линейного индукционного ускорителя на энергию Ee=5 МэВ

Литература

Panofsky, W. K. H. Asymptotic theory of beam breakup in linear accelerators [Text] / W. K. H. Panofsky and M. Bander // Rev. Sci. Instrum. – 1968. – Vol. 39. – P. 206–212.

Neil, V. K. Further theoretical studies of the beam breakup instability [Text] / V. K. Neil, L. S. Hall, R. K. Cooper // Particle Accel. – 1979. –– Vol. 9, № 4. – P. 213–222.

Ekdahl, C. Beam breakup in an advanced linear induction accelerator [Text] / C. Ekdahl, J. E. Coleman, B. T. McCuistian // IEEE Trans. Plasma Sci. – 2016. – Vol. 44, № 7. – P. 1094–1102. – doi: 10.1109/TPS.2016.2571123.

!Далее вставляется английский вариант тезиса!