Comparative analysis of alternating-phase and combined RF focusing on the example of the He⁺ linear accelerator

Abstract

Considered are the peculiarities of focusing by RF field on the example of a helium ion linac with the output energy of 4 MeV of two types: first is the active accelerator based on the modified alternating-phase focusing (MAPF) and second is a proposed accelerator with the combined RF focusing (CRFF) technique used. By means of computer simulation, it is shown that the calculated parameters of the CRFF-based structure offer advantages over the similar parameters of the MAPF-based accelerator. For instance, at low injection current (less than 5 mA) about 60% of charged particles are captured into acceleration process in the CRFF-based structure, while for the MAPF-based one the number is about 42% the maximum current of accelerated helium ions is 49 and 12 mA, respectively. Owing to the investigations conducted, the conclusion about the prospects of the usage of the CRFF in the future modernization of the helium ion accelerator is presented.Розглянуто особливості фокусування ВЧ-полем на прикладі двох варіантів лінійного прискорювача іонів гелію з вихідною енергією 4 МеВ: діючий прискорювач з модифікованим змінно-фазовим фокусуванням (МЗФФ) та запропонований прискорювач з комбінованим ВЧ-фокусуванням (КВЧФ). За допомогою математичного (комп’ютерного) моделювання показано, що розрахункові параметри прискорювача з КВЧФ мають переваги перед прискорювачем з МЗФФ. Так, захоплення частинок у режим прискорення при малому струмі інжекції (<5 мА) становить 60% при КВЧФ та 42% при МЗФФ; максимальний струм прискорених іонів гелію 49 та 12 мА відповідно. Проведені дослідження дозволяють зробити висновок про перспективність використання КВЧФ при подальшій модернізації прискорювача іонів гелію.