Материал: Международная телекоммуникатсионная конферентсия Молодеж и наука Ч.2 2015
Ускорительная техника, физика пучков…
каждый раз производилась подстройка частоты резонатора изменением его диаметра (D), диаметром коаксиальной части (Dc) и шириной щели связи (il). Результаты исследования приведены в таблице 2. График зависимости мощности выходного сигнала и КСВН (ρ) приведены на рис. 3.
Таблица 2. Зависимость выходной мощности и КСВН от параметров резонатора
Параметр |
|
|
|
Значение |
|
|
|
|
g, мм |
8.91 |
9.07 |
9.16 |
9.32 |
|
9.57 |
9.82 |
10.15 |
P, кВт |
121.0 |
126.2 |
130.8 |
124.7 |
|
131.6 |
131.4 |
127.3 |
ρ |
4.2 |
4.5 |
4.7 |
4.7 |
|
5.7 |
5.7 |
5.9 |
Рис. 2. Картины выходного сигнала |
Рис. 3. График зависимости выходной |
при согласовании и не согласова- |
мощности и КСВН от расстояния |
нии частоты следования пучка и |
между пролетными трубками |
собственной частоты генератора |
|
Расстояние между трубками дрейфа сильно влияет на мощность выходного сигнала. Из графика видно, что при величине пролетного канала 9.32 мм мощность максимальна.
Список литературы
1.И.А. Фрейдович. А.К. Балабанов, П. А. (2014). Перспективы развития многолучевых клистронов. Электроника и микроэлектроника СВЧ , 25-31.
2.Р.А. Косарев, И. Ф. (2014). Проектирование многолучевого клистрона с кольцевыми резонаторами, работающими на виде колебаний Е020. INTERMATIC – 2014, часть 4 , 7-10.
_______________________________________________________________________
ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука» |
121 |
Ускорительная техника, физика пучков…
И.А. АШАНИН Научный руководитель – С.М. ПОЛОЗОВ, к.ф.-м.н., доцент
Научный исследовательский ядерный университет МИФИ
ЗАМЕДЛЯЮЩИЙ КАПИЛЛЯР ИЗ САПФИРА, ИНТЕГРИРОВАННЫЙ С АНТЕННОЙ
НА ЧАСТОТЕ 0,675 ТГц
На данный момент интерес к излучению ТГц-диапазона повышен в области медицины, фармацевтики и интроскопии крупногабаритных объектов. ТГцизлучение может быть сгенерировано путем прохождения релятивистского пучка электронов высокой яркости диаметром ~100 мкм и с длительностью импульса пс или менее, получаемого, например, с помощью фотоинжетора, через замедляющий черенковский канал, заполненный диэлектриком с последующим выводом в открытое пространство [1,2]. Различные материалы диэлектрика для заполнения канала могут быть использованы. В статье будет рассмотрен замедляющий черенковский капилляр с заполнением из сапфира на частоте 0,675 ТГц, интегрированный с рупорной антенной, а также его геометрические и электродинамические характеристики.
Апертура черенковского замедляющего капилляра сравнима с мм и суб-мм диапазоном длин волн (0,1-0,3 мм). Для заполнения могут быть использованы: тефлон, алмаз, кварц, сапфир, тетратитанат бария. В данной работе был использован сапфир, т.к. обладает высокой прочностью, теплостойкостью до 1600 °C и имеет высокую диэлектрическую проницаемость ɛ~9,9. В данной работе рассмотрена частота 0,675 ТГц, т.к. входит в одно из окон прозрачности атмосферы [3].
Ниже рассмотрена модель металлизированного замедляющего черенковского капилляра с заполнением из сапфира на частоте 0,675 ТГц, интегрированного с рупорной антенной (рис. 1). Также в таблице 1 представлены электродинамические характеристики данной структуры, в таблице 2 представлены геометрические характеристики и результаты моделирования. На рис. 2 представлены результаты моделирования замедляющей структуры. Моделирование проводилось с помощью CST Microwave Studio [4].
Таблица 1. Электродинамические характеристики замедляющего капилляра на частоте
0,675 ТГц с интегрированной антенной
ε |
Q |
Rsh |
Rsh/Q |
βgroup |
F |
|
(МОм/м) |
(кOм/м) |
(TГц) |
||||
|
|
|
||||
9,9 |
1531 |
50,17 |
32,77 |
0,43 |
0,675 |
_______________________________________________________________________
122 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»
Ускорительная техника, физика пучков…
Рисунок 1. Электродинамическая модель (вид сбоку) металлизированного замедляющего капилляра с заполнением из сапфира и интегрированной рупорной антенной на частоте 0,675 ТГц. 1 – вакуум; 2 – диэлектрическое заполнение;
Dcap – диаметр капилляра; Ddiel – толщина покрытия диэлектриком Таблица 2.
Геометрические хар-ки замедляющей структуры и результаты моделирования
|
|
|
|
|
|
|
Ширина |
|
Dcap |
Ddiel |
Dmet Dcapmet Drup |
Lcap Lcaphorn Направлен- |
Угловая |
Отражение |
полосы |
||
ширина |
рабочей |
|||||||
(мкм)(мкм)(мкм) (мкм) (мкм)(мкм) (мкм) -ность (дБ) |
(°) |
(дБ) |
частоты |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
(ТГц (%) |
|
60 |
24,9 |
49,6 334,5 480 |
0,3 0,468 |
9,94 |
57,8 |
-28,8 |
0,031 |
|
(4,6) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
(a) |
(b) |
Рисунок 2. Круговая и трехмерная диаграммы направленности замедляющего капилляра из сапфира на частоте 0,675 ТГц с интегрированной антенной
Список литературы
1.Smirnov A.V., 2008, A high performance FIR radiator based on a laser driven e-gun, Photonics Research Developments, 8, pp. 247-269.
2.Polozov S.M., Bondarenko T.V., Smirnov A.V., 2012, Problems of Atomic Science and Technology Series Nuclear Physics Investigations, 3, pp. 92-95.
3.Pardo J.R., Wiedner M.C., Serabyn E., 2004, Side-by-side comparison of Fourier transform spectroscopy and water vapour radiometry as tool for calibration of millimeter/submillimeter ground-based observatories, The astrophysical journal supplement series, 153, pp. 363-367.
4.CST GmbH – Computer Simulation Technology, URL: http://www.cst.com
_______________________________________________________________________
ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука» |
123 |
Ускорительная техника, физика пучков…
Ю.Д. КЛЮЧЕВСКАЯ Научный руководитель – С.М. ПОЛОЗОВ, к.ф.-м.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ БИПЕРИОДИЧЕКОЙ УСКОРЯЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ
Для оценки возможности создания компактного укорителя электронов на энергию около 6 МэВ, пригодного для использования в составе медицинского терапевтического комплекса и работающего на повышенной частоте 27 ГГц, было проведено моделирование ускоряющего резонатора на основе бипериодической ускоряющей системы с круглым диафрагмированный волноводом, а также расчет системы охлаждения бипериодической ускоряющей структуры.
Сочетание высоких электромагнитных полей и длинного импульса на высокой рабочей частоте приводит к увеличению температуры структуры, тепловым деформациям и заметному изменению характеристик резонатора, в том числе частоты, во время ВЧ импульса [1]. Для определения сдвига частоты в зависимости от мощности питания и температуры охлаждающей жидкости был проведен тепловой расчет. Для оптимального охлаждения использовано 10 трубок с водой, которые проходят вдоль БУС и расположены по радиусу, диаметр трубок равен 8 мм (рис. 1).
Рисунок 1: Вид структуры с охлаждающими трубками, материал – медь.
_______________________________________________________________________
124 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»
Ускорительная техника, физика пучков…
Потери СВЧ-мощности в стенках структуры рассчитывается по формуле:
P |
ωW |
|
Q |
||
|
(1)
где ω – частота, W – запасенная энергия, Q – добротность.
Поток воды является одним из важных параметром системы охлаждения, который определяется уравнением:
G Uπd |
2 |
|
(2)
где U – скорость жидкости, d – диаметр трубок.
Тепловой анализ структуры включает непрерывный процесс нагрева и охлаждения. Было определено, что импульсное значение мощности, уходящей в стенки структуры, равно 1,05 МВт. Средняя мощность потерь равна 2,7 кВт на один период при длительности импульса 400 мкс и частоте повторения импульсов 10 Гц. Было исследовано распределение сдвига частоты в зависимости от температуры в структуре, сдвиг частоты в зависимости от потока жидкости зависимость температуры от потока жидкости. Было показано, что при значении потока воды равному 0,33 л/с для каждой охлаждающей трубки, в этом случае сдвиг частоты равен 80 кГц при температуре 34 °C. При такой температуре в структуре сдвигом частоты можно пренебречь. Распределение температуры по структуре при потоке воды и температуре 0,3 л/с и 34 °С соответственно показано на рисунке 2.
Рисунок 2: Вид БУС в разрезе и распределение температуры при потоке жидкости 0,3 л/с
Список литературы
1. M.A. Gusarova, I.V. Isaev, R.A. Kostin. Journal of Applied Physics, 2013, Vol. 83, no. 4, pp. 134-140.
_______________________________________________________________________
ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука» |
125 |