К вопросу о формировании фемтосекундных сгустков электронов на выходе резонансного линейного ускорителя на бегущей волне при значительной токовой нагрузке

Abstract

Проведено моделирование самосогласованной динамики частиц в начальной части ускорителя электронов 10 см-диапазона на бегущей волне. Показана возможность формирования субпикосекундных сгустков частиц со сравнительно малым поперечным эмиттансом при применении в таком ускорителе инжекторов, состоящих из диодной электронной пушки и группирователей на нераспространяющихся колебаниях. Эффективность группировки достигается за счет фазового движения частиц в бегущей волне, которая является суперпозицией волн, возбуждаемых генератором СВЧ-мощности и последовательностью интенсивных сгустков. При определенной фазе инжекции сгустков в ускоряющую секцию фазовая скорость суммарной волны становится меньше скорости света и, если сгустки совершают в ней около четверти синхротронного колебания, возможно образование в сгустках областей с высокой плотностью частиц. Для обеспечения малого поперечного эмиттанса пучка ускоритель помещается в аксиально-симметричное магнитное поле специальной конфигурации. Согласно расчетам, длительность сгустков на половине высоты может быть уменьшена до 430 фемтосекунд при энергии частиц 8,7 МэВ, токе пучка 0,95 А и нормализованном поперечном эмиттансе 13 мм×мрад.

Проведено моделювання самоузгодженої динаміки частинок в початковій частині прискорювача електронів 10 см-діапазону на хвилі, що біжить. Показана можливість формування субпікосекундних згустків частинок з порівняно малим поперечним еміттансом при застосуванні в такому прискорювачі інжекторів, що складаються з діодної електронної гармати і груповачів на коливаннях, що не розповсюджуються. Ефективність групування досягається за рахунок фазового руху частинок в хвилі, що біжить, яка є суперпозицією хвиль, що збуджуються генератором НВЧ-потужності і послідовністю інтенсивних згустків. При певній фазі інжекції згустків в прискорювальну секцію фазова швидкість сумарної хвилі стає менше швидкості світла і, якщо згустки здійснюють в ній близько чверті синхротронного коливання, можливе формування в згустках областей з високою щільністю частинок. Для забезпечення малого поперечного еміттансу пучка прискорювач поміщається в аксіально-симетричне магнітне поле спеціальної конфігурації. Згідно з розрахунками, тривалість згустків на половині висоти може бути зменшена до 430 фемтосекунд при енергії частинок 8,7 МеВ, струмі пучка 0,95 А і нормалізованому поперечному еміттансі 13 мм×мрад.

Simulation of self consistent beam dynamics in initial part of the S-band traveling wave electron linac has been carried out. It is shown that formation of subpicosecond bunches with relatively low transversal emittance is possible is such linac using an injector consisted of a diode electron gun and the evanescent wave buncher. Efficiency of bunching is reached due to the phase motion of particles in a traveling wave that is superposition of waves excited by a RF generator and a train of intense bunches in an acceleration section. Phase velocity of the wave becomes lower than that of the light at certain injection phase of bunches and if bunches run a quote of synchrotron period before living the section it is possible of formation of dense regions inside bunches. To provide low transverse emittance of the beam the linac is placed into axially symmetric magnetic field with special configuration. According to the simulations full width at a half of magnitude of bunches can be lowered to 430 femtosecond at particle energy of 8.7 MeV, beam current of 0.95 A and normalized transversal emittance of 13 mm×mrad.