Estimation of BBU threshold current in an inhomogeneous accelerating section

In this work we describe the procedure of estimation of regenerative beam blowup threshold current in an inhomogeneous accelerating section. The self-consistent problem of transverse motion of particles in the field of dipole mode excited by the beam is solved. The distribution of dipole field near the structure axis and the energy variation of beam particles were calculated before simulating the transverse dynamics. The threshold current for S-band industrial linac designed for radiation sterilization of medical products is estimated.Описано процедуру оцінки порогового струму поперечної нестійкості пучка в неоднорідній прискорювальній секції. Вирішується самоузгоджена задача поперечного руху частинок у полі дипольної моди, яка збуджується пучком. Розподіл дипольного поля поблизу осі структури і зміна енергії частинок були розраховані до моделювання поперечної динаміки. Проведено оцінку порогового струму для промислового лінійного прискорювача S-діапазону, призначеного для радіаційної стерилізації медичної продукції.Описана процедура оценки порогового тока поперечной неустойчивости пучка в неоднородной ускоряющей секции. Решается самосогласованная задача поперечного движения частиц в поле дипольной моды, которая возбуждается пучком. Распределение дипольного поля вблизи оси структуры и изменение энергии частиц были рассчитаны до моделирования поперечной динамики. Проведена оценка порогового тока для промышленного линейного ускорителя S-диапазона, предназначенного для радиационной стерилизации медицинской продукции

RF modulated thermionic electron gun

We present design and simulation results on the electron source for S-band technological electron linac. This device is a combination of an RF gun and a DC diode gun. The gun consists of a thermionic cathode, which is mounted on the wall of the TM₀₁₀ cavity that is under negative high voltage potential relatively to an anode. The particles dynamics has been studied by simulation. At an average particle energy of 95 keV, the beam pulse current is 0.44 A, the emittance does not exceed 4.8 mm·mrad, and 70% of all electrons are concentrated in the 72° phase range.Наведено результати розрахунку джерела електронів для лінійного технологічного прискорювача електронів десятисантиметрового діапазону. Пропонована нами гармата складається з термоелектронного катода, який встановлений на стінці TM₀₁₀-резонатора, що знаходиться під високим негативним потенціалом відносно анода. Методом чисельного моделювання досліджено динаміку частинок. При середній енергії частинок 95 кeВ імпульсний струм пучка дорівнює 0,44 А, еміттанс не перевищує 4,8 мм·мрад і 70% всіх електронів зосереджено в діапазоні фаз 72°

Short pulse electron linac with full beam loading compensation

Acceleration of intense short-pulsed electron beams in transient mode with energy spread about a few tenths of a percent is the actual problem for RF linacs, in an instance, for an electron injector of a storage ring. In this work we study both analytically and numerically unsteady self-consistent beam dynamics in the one section RF linac fed from SLED. For compensation of the transient beam loading, resulting in beam energy spread, a method of a beam delay with respect to RF pulse is consider. In order to increase efficiency of this method we choose a homogenous dick-loaded waveguide with π/2 phase advance as an accelerating structure that characterized by the minimal frequency dispersion of group velocity. The preliminary results show that the full beam loading compensation is possible for the 1.2 A beam at its acceleration up to 60 MeV during 50 ns.Прискорення інтенсивних короткоімпульсних електронних пучків у перехідному режимі з енергетичним розкидом у декілька відсотків є актуальною проблемою для резонансних лінійних прискорювачів, наприклад, для інжекторів електронів у накопичувальні кільця. Розглянуто як аналітично, так і за допомогою числового моделювання нестаціонарну самоузгоджену динаміку пучка в односекційному резонансному лінійному прискорювачі, що живиться від системи SLED. Для компенсації навантаження пучком, що є джерелом енергетичного розкиду, розглядається метод затримки пучка відносно ВЧ-імпульсу. Для підвищення ефективності цього методу в якості прискорюючої структури було вибрано однорідний круглий хвилевід, навантажений дисками зі зсувом фази на періоді 90 град, що характеризується мінімальною частотною дисперсією групової швидкості. Попередні результати показують можливість повної компенсації навантаження пучком для струму 1,2 А при прискоренні часток до 60 МеВ за 50 нс.Ускорение интенсивных короткоимпульсных электронных пучков в переходном режиме с энергетическим разбросом в несколько процентов является актуальной проблемой для резонансных линейных ускорителей, например, для инжекторов электронов в накопительные кольца. Рассмотрена как аналитически, так и с помощью численного моделирования, нестационарная самосогласованная динамика пучка в односекционном резонансном линейном ускорителе, который питается от системы SLED. Для компенсации нагрузки пучком, которая является источником энергетического разброса, рассматривается метод задержки пучка относительно ВЧ-импульса. Для повышения эффективности этого метода в качестве ускоряющей структуры был избран однородный круглый волновод, нагруженный дисками, со сдвигом фазы на периоде 90 град, который характеризуется минимальной частотной дисперсией групповой скорости. Предварительные результаты показывают возможность полной компенсации нагрузки пучком для тока 1,2 А при ускорении частиц до 60 МэВ в течение 50 нс

Wide range electron energy adjustment at two-section RF linac

The results of numerical electron energy adjustment simulation at the exit of two-section RF linac in a wide range are presented. It is shown that energy of particles can be varied at the range of 15...94 MeV . Other beam parameters vary within tolerance limits at beam energy adjustment due to keeping the bunches at the travelling wave crest of self-consistent field in the linac sections.Представленi результати чисельного моделювання процесу регулювання енергiї електронiв на виходi двохсекцiйного резонансного прискорювача в широких межах. Показано, що енергiя частинок може змiнюватися в межах 15...94 МэВ, тодi як решта параметрiв пучка змiнюється в допустимих межах завдяки пiдтримцi згусткiв на гребенi хвилi самоузгодженого поля.Представлены результаты численного моделирования процесса регулирования энергии электронов на выходе двухсекционного резонансного ускорителя в широких пределах. Показано, что энергия частиц может изменяться в пределах 15...94 МэВ, тогда как остальные параметры пучка изменяются в допустимых пределах благодаря поддержанию сгустков на гребне волны самосогласованного поля

The electron injector for linac of the "NESTOR" storage ring

Results of the bunching system design and electron motion simulation in the compact S – band injector are presented. The injector consists of the low-voltage diode electron gun and bunching system based on the resonant system with the evanescent oscillations. The amplitude of RF electrical field grows along the axis of the bunching system. The resonance system optimization has been carried out that allows obtaining of the electron bunch with the phase length less than 10° and energy spread less than 5% (for 70% particles) at the injector exit.В работе приведены результаты расчета группирующей системы и моделирование движения электронов в инжекторе S–диапазона. Инжектор состоит из низковольтной диодной электронной пушки и группирователя на основе резонансной системы с нераспространяющимися колебаниями. В устройстве реализовано такое распределение поля на оси, при котором его амплитуда нарастает от точки инжекции электронов до выхода группирователя. Проведена оптимизация резонансной системы, которая позволяет получить на выходе инжектора электронные сгустки с фазовой протяженностью меньше 10 градусов и шириной энергетического спектра меньше 5% (для 70% частиц).У роботі приведено результати розрахунку групуючої системи і моделювання руху електронів в інжекторі S–діапазону. Інжектор складається з низьковольтної діодної електронної гармати та груповача на основі резонансної системи з коливаннями, що не розповсюджуються. У пристрої реалізовано такий розподіл поля на осі, при якому його амплітуда наростає від точки інжекції електронів до виходу груповача. Проведена оптимізація резонансної системи, яка дозволяє одержати на виході інжектора електронні згустки з фазовою протяжністю менше 10 градусів і шириною енергетичного спектру менше 5% (для 70% частинок)

Investigation of the hollow beam structure on optical transition radiaton

The features of studying the structure of a dense annular beam with OTR from metal targets at electron energy ≤ 50 keV are described. The image of the cross section of the annular beam with sub-millimeter wall thickness is obtained.Описані особливості дослідження структури щільного кільцевого пучка за допомогою перехідного оптичного випромінювання з металевих мішеней при енергії електронів до 50 кеВ. Одержано зображення поперечного перерізу кільцевого пучка з товщиною стінки менше міліметра.Описаны особенности исследования структуры плотного кольцевого пучка электронов с помощью переходного оптического излучения из металлических мишеней при энергии электронов до 50 кэВ. Получено изображение поперечного сечения кольцевого пучка с толщиной стенки меньше миллиметра

Source of positrons on the base of linac LUE-40

The results of the numeral studies of the source of positrons for NSC KIPT are presented. The positrons are to produce from conversion of the 40 MeV electrons. The bunches of such electrons will be provided by the linac LUE-40. The estimations of yield of the positrons, their spectrum, and spatial-angular distribution are produced. The possibility of the spectrum modification with help of the RF resonator adjusted to the sub-harmonics of the RF frequency is proposed. It is shown that the use of such device allows to substantially increase the number of positrons with small energy. It allows to promote efficiency of the moderation process and increase yield of the slow mono energetic positrons. The optimal parameters of conversion target have been defined. The preliminary calculations of the system of forming the positron bunch are presented as well.Представлено результати проведених чисельних досліджень джерела позитронів, яке проектується в ННЦ ХФТІ. Позитрони передбачається отримувати конвертуванням пучка релятивістських електронів з енергією 40 МеВ. Досліджено можливість зміни енергетичного спектра позитронів за допомогою СВЧ-резонатора, налаштованого на субгармоніку частоти проходження електронних згустків. Показано, що використання такого пристрою дозволяє істотно збільшити число позитронів з малою енергією. Це дозволяє підвищити ефективність процесу модерації позитронного пучка і збільшити вихід повільних моноенергетичних позитронів. Вихідний електронний пучок реалізується на лінійному прискорювачі електронів ЛУЕ-40. Проведено оцінки виходу позитронів, їхніх спектрів, а також просторово-кутових характеристик. Визначено оптимальні параметри конверсійної мішені. Проведено попередній розрахунок системи формування позитронного пучка.Представлены результаты проведенных численных исследований источника позитронов, который проектируется в ННЦ ХФТИ. Позитроны предполагается получать конвертированием пучка релятивистских электронов с энергией 40 МэВ. Исследована возможность изменения энергетического спектра позитронов с помощью СВЧ-резонатора, настроенного на субгармонику частоты прохождения электронных сгустков. Показано, что использование такого устройства позволяет существенно увеличить число позитронов с малой энергией. Это позволяет повысить эффективность процесса модерации позитронного пучка и увеличить выход медленных моноэнергетичных позитронов. Исходный электронный пучок реализуется на линейном ускорителе электронов ЛУЭ-40. Произведены оценки выхода позитронов, их спектров, а также пространственно-угловых характеристик. Определены оптимальные параметры конверсионной мишени. Проведен предварительный расчет системы формирования позитронного пучка

Beam dynamics in an initial part of a high brightness electron linac

The paper is focused on problems of obtaining a bright electron beam in a system that includes a grid-controlled electron gun, a klystron type subharmonical buncher, a standing wave fundamental buncher with increasing accelerating field and a short travelling wave accelerating section. Beam focusing is provided by a longitudinal solenoidal magnetic field. It was shown that the proposed system can provide electron bunches with a peak current more than 100 A and normalized r.m.s. emittance no more than 12 π∙mm∙mrad

Project of a beamline for the NESTOR storage ring linac to provide nuclear physics research

The results of selfconsistent beam dynamics simulation are presented for the linac of the NESTOR storage ring. Consideration is given to the influence of particle energy change at the output of the electron gun during the current pulse. The obtained data have formed the basis for the computation of the beam transport line for research in the field of high energy physics.Представлено результати моделювання самоузгодженої динаміки пучка в прискорювачі накопичувального кільця НЕСТОР з урахуванням впливу зміни енергії частинок на виході електронної гармати під час імпульсу струму. Отримані дані лягли в основу розрахунку лінії транспортування пучка для забезпечення досліджень у галузі фізики високих енергій.Представлены результаты моделирования динамики самосогласованного пучка в линейном ускорителе накопителя НЕСТОР с учетом влияния изменения энергии частиц на выходе электронной пушки во время импульса тока. Полученные данные легли в основу расчета линии транспортировки пучка для исследований в области физики высоких энергий

NSC KIPT positron source. Pre-project research

We present the results of theoretical and numerical studies on the source of slow positrons for NSC KIPT. The positrons are intended to generate with the electrons of 9, 40 or 90 MeV available at the KIPT electron linacs. The yield of positrons from the conversion target is estimated as well as their spatial-angular characteristics. Optimal parameters of the conversion target for each energy of electrons are estimated. Preliminary design of the positron beam formation system is also presented. Qualitative analytical dependencies of the positron beam parameters at the system exit upon the amplitude and the decrease factor of the magnetic field in the Adiabatic Matching Device (AMD) solenoid have been established. These dependencies have been used for system optimization. Numerical simulations allow to optimize the parameters of AMD for solenoid available in the laboratory. Possible application of the subharmonic RF cavity for reduction of the energy of positrons has also been estimated and validated by the simulations. As it has been shown, this cavity can substantially decrease the positron energy and thus facilitate operation of the moderator.Представлено результати проведених нами теоретичних і чисельних досліджень джерела позитронів, яке проектується в ННЦ ХФТІ. Позитрони передбачено отримувати конвертацією пучка релятивістських електронів з енергією 9, 40 або 90 МеВ. Зроблено оцінки виходу позитронів, їх спектрів, а також просторовокутових характеристик. Визначено оптимальні параметри конверсійної мішені для кожної енергії електронів. Проведено попередній розрахунок системи формування позитронного пучка. Методом чисельного моделювання оптимізовано параметри адіабатичної системи (Adiabatic Matching Device AMD). Досліджено можливість зміни енергетичного спектра позитронів за допомогою НВЧ-резонатора, налаштованого на субгармоніку частоти проходження електронних згустків. Показано, що використання такого пристрою дозволяє істотно збільшити число позитронів з малою енергією. Це дозволяє підвищити ефективність процесу модерації позитронного пучка та збільшити вихід повільних моноенергетичних позитронів.Представлены результаты проведенных нами теоретических и численных исследований источника позитронов, который проектируется в ННЦ ХФТИ. Позитроны предполагается получать конвертированием пучка релятивистских электронов с энергией 9, 40 или 90 МэВ. Произведены оценки выхода позитронов, их спектров, а также пространственно-угловых характеристик. Определены оптимальные параметры конверсионной мишени для каждой энергии электронов. Проведен предварительный расчет системы формирования позитронного пучка. Методом численного моделирования оптимизированы параметры адиабатической системы (Adiabatic Matching Device AMD). Исследована возможность изменения энергетического спектра позитронов с помощью СВЧ-резонатора, настроенного на субгармонику частоты прохождения электронных сгустков. Показано, что использование такого устройства позволяет существенно увеличить число позитронов с малой энергией. Это позволяет повысить эффективность процесса модерации позитронного пучка и увеличить выход медленных моноэнергетичных позитронов