Материал: Международная телекоммуникатсионная конферентсия Молодеж и наука Ч.2 2015
Ускорительная техника, физика пучков…
А.М. АНДРИАНОВ, Р.Ю. АЛЕХАНОВ Научный руководитель – Н.П. СОБЕНИН, д.т.н., профессор
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРУГЛОГО ДИАФРАГМИРОВАННОГО ВОЛНОВОДА СО СКРУГЛЕНИЯМИ ОБЕЧАЙКИ И ЭЛЛИПТИЧЕСКИМ СКРУГЛЕНИЕМ ОТВЕРСТИЯ ДИАФРАГМЫ
Основной ускоряющей структурой в ускорителях на бегущей волне является круглый диафрагмированный волновод (КДВ) [1]. Среди его преимуществ можно отметить высокое шунтовое сопротивление и простоту изготовления. Повысить его добротность можно, уменьшая потери в стенках путем скругления внутренней поверхности ячеек, а повысить электрическую прочность можно изменением формы и размеров отверстия в диафрагме.
В работе проведено моделирование КДВ со скруглением обечайки и эллиптическим скруглением отверстия диафрагмы [2,3]. Скругление обечайки ячейки 
позволяет улучшить добротность более чем на 10%. Из-
менением формы и размеров скругления отверстия в диафрагмах можно повысить электрическую прочность. Исследуемая структура представлена на рисунке 1. Рабочий вид колебаний 2π/3, на частоте 2856 МГц. Основные параметры структуры занесены в таблицу 1.
Рис. 1. Исследуемая структура
Таблица 1. Геометрические размеры и параметры
D, мм |
Rc, мм |
λ, мм |
βф |
|
|
|
|
34.96 |
10 |
105 |
0.999 |
|
|
|
|
Для различных значений радиуса пролетного канала к длине волны (a/λ= 0.1; 0.12) рассмотрено три значения t/λ =0.03, 0.04, 0.05 при r2=2.67 мм, 3.67 мм, 4.42 мм соответственно. Для каждого такого варианта КДВ
_______________________________________________________________________
136 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»
Ускорительная техника, физика пучков…
настраивался на рабочую частоту 2856 МГц. В таблицу 2 занесены рассчитанные электродинамические характеристики (ЭДХ) КДВ.
Таблица 2. Основные ЭДХ
Параметр |
|
|
Значение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a/λ |
|
0.1 |
|
|
0.12 |
|
t/ λ |
0.03 |
0.04 |
0.05 |
0.03 |
0.04 |
0.05 |
|
|
|
|
|
|
|
, МОм/м |
80.29 |
77.66 |
73.25 |
71.43 |
68.44 |
67.2 |
|
|
|
|
|
|
|
Q |
15908 |
15135 |
14809 |
16073 |
15566 |
15464 |
β, % |
0.014 |
0.012 |
0.01 |
0.025 |
0.022 |
0.02 |
|
|
|
|
|
|
|
, % |
1.57 |
1.36 |
1.15 |
2.81 |
2.5 |
2.25 |
|
|
|
|
|
|
|
α, |
0.13 |
0.16 |
0.19 |
0.074 |
0.087 |
0.096 |
|
|
|
|
|
|
|
Eλ/ , |
487 |
524 |
601 |
342 |
363 |
378 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.37 |
2.06 |
1.84 |
2.84 |
2.63 |
2.2 |
|
|
|
|
|
|
|
f, МГц |
2856.1 |
2856.2 |
2856.4 |
2855.8 |
2856.3 |
2856.1 |
|
|
|
|
|
|
|
R, мм |
42.33 |
42.43 |
42.54 |
42.84 |
42.94 |
43.07 |
В таблице 3 представлено сравнение КДВ со скруглением и без скругления обечайки, для значений отношения радиуса отверстия в диафрагмы к длине волны 0.1 и отношения толщины диафрагмы к длине волны 0.4.
Таблица 3. Сравнение основных ЭДХ
Параметр |
Со скруглением |
|
Без скругления |
a/ |
0.1 |
|
0.1 |
t/ |
0.04 |
|
0.04 |
|
77.66 |
|
71.21 |
|
|
|
|
Q |
15135 |
|
14142 |
|
0.012 |
|
0.012 |
|
|
|
|
, % |
1.36 |
|
1.37 |
|
|
|
|
α, |
0.15 |
|
0.18 |
|
|
|
|
Eλ/ , |
524 |
|
526 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Список литературы |
|
|
1.О.А.Вальднер, Н.П.Собенин, Б.В.Зверев, И.С.Щедрин, Диафрагмированные волноводы, справочник, изд.3, Энергоатомиздат, 1991г.
2.S.V. Kutsaev , N.P. Sobeninet all, Design of hybrid electron linac with standing wave buncher and traveling wave structure, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 636 (2011) 13–30
3.L. Garolfi , M. El Khaldi, LAL, Orsay, France N. Faure, PMB-ALCEN, Peynier, France 3 GHz Single cell cavity optimization design.
_______________________________________________________________________
ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука» |
137 |
Ускорительная техника, физика пучков…
А.Б. БУЛЕЙКО Научный руководитель – М.В. ЛАЛАЯН, к.т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ МНОГОЗАЗОРНЫХ СН-РЕЗОНАТОРОВ
В работе представлены результаты численного моделирования тепловых процессов внутри многозазорных СН-резонаторов и расстройки рабочей частоты для установившегося непрерывного режима работы.
Моделирование теплового режима выполнялось для макетов высокочастотных СН – резонаторов, предназначенных для ускорения протонов в диапазоне энергий 3-4 МэВ. Рассмотрены структуры, состоящие из 7, 9, 11 периодов с рабочей частотой 324 МГЦ. Пример исследуемого макета представлен на рисунке 1. Для получения равномерного распределения ускоряющего поля резонатор содержит пилоны, на торцах которых выполнены вырезы, предназначенные для оптимизации основных электродинамических характеристик.
Рисунок 1. Эскиз многозазорного СН-резонатора, содержащего 9 периодов
Система охлаждения обечайки представляет собой набор колец диаметром 0,25 дюйма, размещенных на внешней поверхности резонатора. Охлаждение пилонов осуществляется каналами, расположенными вдоль скоса и проходящими через узлы крепления трубок дрейфа (см. рис.1.). Предварительный анализ выявил, что при условии водяного охлаждения всей системы оптимальное значение скорости течения жидкости равно
_______________________________________________________________________
138 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»
Ускорительная техника, физика пучков…
v=6м/с, что соответствует значению коэффициента теплопередачи
α=24500 Вт/(м2К) [1].
Анализ тепловых процессов выполнен при условии непрерывного режима работы исследуемых резонаторов с амплитудой ускоряющего поля Еа= 3*106 В/м. Результаты теплового моделирования структур и расстройки резонатора представлены в таблице 1.
Число |
Макс. плот- |
Нагрев |
Максимальная |
Расстройка |
периодов |
ность потерь |
структуры, К |
деформация, |
частоты, |
|
мощности, |
(Твнеш=293К) |
мм |
кГц |
|
Вт/м2 |
|
|
|
7 |
8,18*105 |
323,3 |
0,0520 |
47.32 |
9 |
8,40*105 |
323,7 |
0,0446 |
46.58 |
11 |
9.69*105 |
329,3 |
0,0551 |
64.89 |
Значения расстройки частоты не превышают 100кГц и при необходимости могут быть компенсированы подстроечными устройствами.
Список литературы
1.Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи // Мир, 1985. С.45-55.
2.Paramonov V.V., Skasyrskaya A.K. Pulsed RF heating simulations in normal-conducting L-band cavities. // Proceedings of LINAC 2006: 2006. Т.1. С.646-648.
_______________________________________________________________________
ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука» |
139 |
Ускорительная техника, физика пучков…
Г.С. ПОМОГАЙБО Научный руководитель – М.В. ЛАЛАЯН, к.т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ПИРС-5 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЕЙ В УСКОРЯЮЩИХ СТРУКТУРАХ МЕТОДОМ МАЛЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ
При использовании комплекса для экспериментального исследования ускоряющих структур и высокочастотных резонаторов выявились недостатки в его программной части, потребовавшие проведения работ по её модернизации. Была переработана структура алгоритмов и программ комплекса ПИРС-5, реализованных в среде разработки LabVIEW 2014.
При экспериментальном исследовании электродинамических характеристик часто необходимо получить данные о распределении полей в ускоряющих структурах. Одним из методов получения таких распределений является метод малых возмущений, суть которого заключается в изменении одного из электродинамических параметров при передвижении вдоль выбранной линии в структуре возмущающего тела. ПИРС-5 — это программно-аппаратный комплекс, предназначенный для автоматизации данного процесса и обладающий необходимыми возможностями по обработке экспериментальных данных.
Рис. 3. ПИРС-5. А – Главное меню; В – Настройка измерительного стенда;
С– Окно проведения измерений
Всуществовавшем варианте программная часть комплекса была перегружена вспомогательными и неактуальными элементами управления и алгоритмами, что затрудняло её использование. Кроме того, существовали
_______________________________________________________________________
140 ISBN 978-5-7262-2222-6. XIX конференция «Молодежь и наука»