Biperiodical bunching system based on the evanescent waves

To improve the beam bunching at the initial stage of acceleration it is necessary to create an increasing field distribution. Such distribution can be created in a biperiodic disk-loaded waveguide. It is well known that in periodic structures there are two different types of electromagnetic oscillations. In the passbands they exist in the form of travelling waves. In the stopbands electromagnetic oscillations exist in the form of evanescent waves and have the decreasing (increasing) dependence on the coordinate. The properties of electromagnetic oscillations in the stopband that exists in the biperiodic structure due to its biperiodicity are investigated. The results of the simulation of bunching process in the system based on the evanescent wave are presented

Bunching system based on the evanescent waves

To improve the beam bunching at the initial stage of acceleration it is necessary to create an increasing field distribution. Such distribution can be created in the ordinary disk-loaded waveguide in its stopbands. Generally, there are two eigen evanescent waves, one of which has increasing distribution along the longitudinal axes and another - decreasing one. The field structure in the bounded system is a superposition of these two evanescent waves whose amplitudes are determined by the operating frequency and by the geometry of the boundary cavities. The results of the simulation of the buncher for the case of the 25 keV injected electron energy are presented in the paper

Electron dynamics in RF sources with a laser controlled emission

Photoemission radiofrequency (RF) electron sources are sources of electron beams with extremely high brightness. Beam bunching processes in such devices are well studied in case when laser pulse duration is much lower of rf oscillation period. At the same time photoemission RF guns have some merits when operating in 'long-pulse' mode. In this case the laser pulse duration is much higher of rf oscillation period but much lower of rise time of oscillations in a gun cavity. Beam parameters at the gun output are compared for photoemission and thermoemission cathode applications. The paper presents results of a beam dynamics simulation in such guns with different resonance structures. Questions connected with defining of the current pulse peak value that can be obtained in such guns are discussed

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)

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

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

On transversal instability of beam in powerful S-band linear electron accelerators

High pulse current of electrons in a linear resonance accelerator assists the increase of overall efficiency of the facility. At the same time, there is a danger of development of transversal instability of a beam (BBU), especially in linacs consisting of a few accelerating sections. In the paper the method of calculation of starting current of regenerative BBU instability in the tapered disc loaded waveguides is presented as well as simulation results of BBU buildup in the linac consisting of a few accelerating sections.Приведены методика расчета порогового тока регенеративной поперечной неустойчивости в неоднородных цилиндрических диафрагмированных волноводах и результаты моделирования развития поперечной неустойчивости в ускорителе, состоящем из нескольких ускоряющих секций.Приведено методику розрахунку стартового струму регенеративної поперечної нестійкості в неоднорідних циліндричних діафрагмованих хвилеводах та результати моделювання розвитку поперечної нестійкості в прискорювачі, що складається з декількох прискорювальних секцій

Dielectric RF resonators with open boundaries for studying radiation effect on electrodynamic characteristics of solid dielectrics

The use of dielectric materials in the charged particles accelerators requires investigation of changes in the electrodynamic properties of these materials under the influence of ionizing radiation. First of all it is necessary to study the effect of radiation on the complex dielectric permittivity (ε and tgδ) of these materials. The actual task is to measure very small relative changes in the dielectric constant, for example, Δε/ε∼10⁻⁴. Such accuracy can be provided by resonator methods. In the present work results of theoretical and experimental research of microwave dielectric resonators with open boundaries are given. It is shown, that they can be used to measure dielectrics during irradiation by gamma radiation or charged particles beam. The analysis of factors that affect the accuracy of measurements is carried out.Використання діелектричних матеріалів у прискорювачах заряджених частинок вимагає дослідження зміни електродинамічних властивостей цих матеріалів під дією іонізуючого випромінювання. В першу чергу необхідно вивчити вплив випромінювання на комплексну діелектричну проникність (ε and tgδ) цих матеріалів. Актуальним завданням є вимір малих відносних змін діелектричної проникності, наприклад, Δε/ε∼10⁻⁴. Така точність може бути забезпечена резонаторними методами. Наведено результати теоретичних та експериме-нтальних досліджень НВЧ-діелектричних резонаторів з відкритими границями. Показано, що вони можуть бути використані для вимірювання параметрів діелектриків при опроміненні гамма-випромінюванням або пучком заряджених частинок. Проведено аналіз факторів, що впливають на точність вимірювань.Использование диэлектрических материалов в ускорителях заряженных частиц требует исследования изменения электродинамических свойств этих материалов под действием ионизирующего излучения. В первую очередь необходимо изучить влияние излучения на комплексную диэлектрическую проницаемость (ε and tgδ) этих материалов. Актуальной задачей является измерение малых относительных изменений диэлек-трической проницаемости, например, Δε/ε∼10⁻⁴. Такая точность может быть обеспечена резонаторными методами. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований СВЧ-диэлектрических резонаторов с открытыми границами. Показано, что они могут быть использованы для измерения парамет-ров диэлектриков при облучении гамма-излучением или пучком заряженных частиц. Проведен анализ фак-торов, влияющих на точность измерений

Main systems development of K-band linac

The main purpose of our work is the creation of the small-sized linear electron accelerator on the energy up to 5 MeV on the base of such low-power Х- and K-bands sources. In this paper the results on development of main systems for such an accelerator are represented: two versions of an injector system and accelerating section. The operating frequency of the accelerator is 12500 MHz