Материал: Международная телекоммуникатсионная конферентсия Молодеж и наука Ч.2 2015

Ускорительная техника, физика пучков…

Д.С БАЗЫЛЬ1 Научный руководитель – Е. ШАПОШНИКОВА2

1Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»,

2Европейский Центр ядерных исследований(ЦЕРН)

РАСЧЕТ И ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК (ЭДХ) КРУГЛОГО ДИАФРАГМИРОВАННОГО ВОЛНОВОДА (КДВ)

НА ЧАСТОТЕ 800 МГц УСКОРЯЮЩЕГО КОМПЛЕКСА SPS (ЦЕРН)

В рамках проекта повышения светимости Большого Андронного Коллайдера (БАК) необходима импендансная модель продольных волн ускоряющего комплекса SPS (ЦЕРН). В данной статье приводятся результаты расчетов и измерений для основной волны КДВ на частоте 800 МГц, который является частью SPS.

Наиболее информативной электродинамической характеристикой (ЭДХ) на начальных этапах описания структуры является дисперсионная характеристика продольных мод в структуре. Пользуясь программой CST MWS [1] получена дисперсионная характеристика для КДВ:

Рис. 1. Дисперсионная характеристика, рассматриваемого КДВ

На десперсионной характеристике приведена линия, соответствующая скорости света (пунктир с точкой). Пересечение этой линии с дисперсионными кривыми для волн с продольной составляющей электрического поля в структуре является индикатором максимального взаимодействия

_______________________________________________________________________

106 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Ускорительная техника, физика пучков…

заряженных частиц с электромагнитными полями в структуре. Основная волна, на частоте 800 МГц с видом колебаний пи/2, является ускоряющей.

Измерения проводились помощью векторного анализатора. Теорема о малых возмущениях является основной математической моделью для измерений электромагнитных полей в ВЧ-структурах.[2]

На Рис. 2 приведены результаты измерения и расчета коэффициента отражения S11 в полосе частот основной волны:

Рис. 2. Результаты измерений (красный цвет – измерение, синий – симуляция)

Измерено и рассчитано в ускоряющее напряжение, так как эта характеристика используется для расчетов таких параметров как шунтовое сопротивление, а так же R/Q. Результаты измерений и расчетов нормированы на Pвх = 0.5 Вт:

Рис. 3. Результаты измерений и расчетов ускоряющего напряжения (сплошная линия – измерение, точки – симуляция)

Как видно из Рис. 2,3 измерения и расчет хорошо согласуются. Частота F = 800.5 МГц соответствует пику ускоряющего напряжения.

Список литературы

1.http://www.cst.com // CST Studio Suite User Manual

2.“Техника сверхвысоких частот” // Милованов О.С., Собенин Н.П.

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

Д.С. БАЗЫЛЬ1 Научный руководитель – В.Л. ЗВЯГИНЦЕВ2

1Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

2Лаборатория TRIUMF (Ванкувер БК, Канада)

ВЧ-РЕЗОНАТОР ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ОБРАЗЦОВ

В настоящее время сверхпроводящие резонаторы являются эффективным инструментом для ускорения пучков заряженных частиц. В связи с этим активно разрабатываются и изучаются сплавы сверхпроводящих материалов, а так же методы их обработки с целью удешевления себестоимости изготавливаемых резонаторов без потери в показателях ускоряющего градиента и добротности. В статье описывается модель ВЧ-резонатора для тестирования сверхпроводящих образцов эллипсоидальной формы на предмет тепловых нестабильностей (квенч).

Ниобий является одним из самых популярных материалов для изготовления сверхпроводящих структур на СВЧ. Электродинамическая характеристика, которую планируется изучать в предполагаемой ВЧструктуре: максимальная амплитуда магнитного поля на поверхности тестируемого образца в структуре, при которой наблюдаются пробивные явления теплового характера. Различные сверхпроводящие сплавы характеризуются соответствующими значениями критического магнитного поля, при котором происходит выход из сверхпроводящего состояния. [1]

Одним из условий при разработке ВЧ-резонатора было соотношение не менее чем 2.5:1 максимальных амплитуд магнитного поля на исследуемом образце и остальной поверхности внутри ВЧ-структуры. Второе, не менее важное условие – минимум магнитного поля в области контакта образца со структурой (минимум поверхностных токов) и соответственно максимум электрического поля для обеспечения наилучшего контакта двух поверхностей. Наличие магнитного поля в области контакта приводит к дополнительным трудностям и усложнении конструкции контакта.

Исследуемые образцы имеют форму эллипсоидов. На Рис. 1 приведена геометрия структуры. Предлагаемая геометрия структуры представляет собой модифицированный ¾λ резонатор, часть внутреннего проводника которого, заменена на эллипсоидальный образец. Форма образца обусловлена тем, что в наличии лаборатории TRIUMF имеется база данных с результатами аналогичных испытаний на установке muSR.[2] В связи с этим, структура разрабатывалась под уже существующие сверхпроводящие образцы. Расширение у основания структуры позволило перераспре-

_______________________________________________________________________

108 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»

Ускорительная техника, физика пучков…

делить магнитное поле в этой области таким образом, что бы избежать концентрации магнитного поля у основания.

Как видно на Рис. 1, геометрия структуры подобрана таким образом, что бы:

1)Обеспечить минимум магнитного поля в месте контакта элипсоидального образца

2)Соотношение максимальной амплитуды магнитного поля на поверхности элипсоидального образца и остальной поверхности

структуры не менее 2.5:1

Скругления в структуре с радиусом R3 выбраны таким образом, что бы избежать ВЧ-пробоев и мультипакторных разрядов. Выбор значения радиуса скруглений связан с технологическими возможностями при изготовлении деталей из ниобия. В Табл. 1 приводятся итоговые характеристики разработанной структуры.

Табл.1 Итоговая таблица с основными характеристиками

Таким образом, разработанный прототип полностью удовлетворяет предъявленным требованиям.

Список литературы

1.“Сверхпроводящие ускоряющие резонаторы” // Диденко А.Н., Каминский В.И., Лалаян М.В., Собенин Н.П

2.“CHARACTERIZATION OF SRF MATERIALS AT THE TRIUMF μSR FACILITY” //

R.E. Laxdal et.al. SRF 2015 Whistler

_______________________________________________________________________

Ускорительная техника, физика пучков…

Д.С. БАЗЫЛЬ1 Научный руководитель – В.Л. ЗВЯГИНЦЕВ2

1Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»,

2Лаборатория TRIUMF (Ванкувер БК, Канада)

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ САПФИРА

В статье приводятся результаты экспериментального определения электрических характеристик сапфира, с использованием современных пакетов программ для электромагнитных вычислений.

Исследовалось три образца сапфира. Измерения проводились с использованием векторного анализатора и элиптического резонатора типа TESLA. Измерялась резонансная частота и добротность основной волны Е010 на частоте ~1.3 ГГц пустого элиптического резонатора, затем в структуру вертикально вводится исследуемый образец сапфира. Определялась разница между частотой и добротностью структуры пустого резонатора и с сапфиром внутри него. Далее, методом подбора, в программе CST MWS[1] определялись тангенс угла диэлектрических потерь tg δ и диэлектрическая проницаемость ε, вводимого образца сапфира. На Рис. 1(а,б) приведена геометрия резонатора и исследуемых образцов сапфира соответственно:

Сапфир закреплялся с помощью лески на специальный держатель в торце структуры резонатора. Геометрии образцов 1,2 идентичны, а третий образец имеет небольшое удлинение (Рис. 1.б) . В Табл. 1 приведены результаты измерений частоты и добротности для пустой структуры и с образцами сапфира внутри:

_______________________________________________________________________

110 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»