The system of encloused optical cavities as a tool for laser photons storing

The calculation of the system consisting of two optical cavities enclosed one into another is performed in the plane-wave approximation. It is shown that under definite conditions one can obtain an enhancement of the electromagnetic field in the internal cavity as compared to the case of direct excitation of the cavity with an electromagnetic wave of the same amplitude. The comparative analysis of these two approaches is carried out. We suppose to apply the proposed system with moderate-reflectivity mirrors (R=0.99) for accumulating laser photons in the optical cavity of the X-ray source LESR-N100 based on Compton scattering of the laser beam on relativistic electrons stored in the ring.У роботі у наближенні плоскої хвилі виконані розрахунки системи вкладених один в другий оптичних резонаторів. Доведено, що за окремих умов можливо досягти підсилення електромагнітного поля у внутрішньому резонаторі у порівнянні з його прямим збудженням електромагнітною хвилею тієї же амплітуди. Пропонується застосувати цей ефект для накопичування фотонів в оптичному резонаторі джерела рентгенівського випромінювання на засаді комптонівського розсіювання LESR-N100. Зроблений порівняльний аналіз результатів, одержаних для запропонованої системи та схеми, заснованої на прямому збудженні оптичного резонатора лазером.В работе в приближении плоской волны проведен расчет системы вложенных один в другой оптических резонаторов. Показано, что при определенных условиях возможно получение усиления электромагнитного поля во внутреннем резонаторе по сравнению с непосредственным его возбуждением электромагнитной волной той же амплитуды. Предполагается использовать этот эффект для накопления числа фотонов в оптическом резонаторе источника рентгеновского излучения на основе обратного комптоновского рассеяния LESR-N100. Проведен сравнительный анализ результатов, полученных с помощью данного подхода и подхода, основанного на непосредственном возбуждении оптического резонатора лазером

On a possibility of using a superconducting cavity in the RF system of the storage ring LESR-N100

In the Kharkov Institute of Physics and Technology the design project of the 200 MeV electron storage ring LESR-N100 is under development. The essential feature of this facility is the large beam energy spread (of about 1%). To ensure a reasonable beam lifetime the RF-system should provide the accelerating voltage of about 0.5 MV, while the total energy losses do not exceed ~700 eV/turn. The power dissipated in two 700 MHz normal-conducting (NC) cavities much exceeds the power transmitted to the beam. We considered a possibility to use in LESR-N100 a high-Q superconducting RF-cavity (SRF-cavity) in which the dissipated power is the same order of magnitude as the beam-transmitted power. The studies show that the system with SRF-cavity cannot operate in the standard mode when the cavity is matched to the power transmission line at some nominal beam current. The optimal operation mode with high overcoupling is proposed that requires the RF-power one order of magnitude less than in the case of NC-cavities

The electron beam dynamics simulation in the laser-electron storage ring involving Compton and intrabeam scattering

The feasibility of the development of intense X-ray sources based on Compton scattering in laser-electron storage rings is discussed. The results of the electron beam dynamics simulation involving Compton and intrabeam scattering are presented

Broadband impedance of the NESTOR storage ring

The contributions from lossy and inductive vacuum chamber components to the broadband impedance of the NESTOR storage ring are obtained by using both low-frequency analytical approaches and computer simulations. As was expected considering the small ring circumference (15.44m), the main contributions both to the longitudinal impedance Z||/n and the loss factor kloss come from the RF-cavity. Cavity impedance was also estimated with CST Microwave Studio (CST Studio SuiteTM 2006) by simulating coaxial wire method commonly used for impedance measurements. Both estimates agree well. Finally, we performed the simulations of a number of inductive elements with CST Particle Studio 2010 by using wake field solver. We have also evaluated the bunch length in NESTOR taking the conservative estimate of 3 Ohm for the ring broadband impedance and have found that the bunch length sz = 0.5 cm could be obtained in steady state operation mode for the designed bunch current of 10 mA and RF-voltage of 250 kV.Одержані оцінки внесків в реальну та мниму частини широкосмугового імпедансу від різних компонент вакуумної камери накопичувача НЕСТОР за допомогою як аналітичних виразів, одержаних у низькочастотному наближенні, так і комп'ютерного моделювання. Як і очікувалось, виходячи з того, що довжина окружності кільця невелика (15,44 м), основний внесок, як в поздовжний імпеданс Z||/n, так і в фактор енергетичних втрат kloss, дає ВЧ-резонатор. Широкосмуговий імпеданс резонатора був також одержаний за допомогою CST Microwave Studio (CST Studio Suite TM 2006) шляхом моделювання методу "коаксіального дроту", який широко використовується для виміру імпеданса. Обидві оцінки добре узгоджуються між собою. Виконано моделювання декількох індуктивних елементів за допомогою CST Particle Studio 2010, використовуючи програму, що обчислює кільватерні поля. Мы також оцінили довжину згустка в накопичувачі, узявши консервативну оцінку Z||/n= 3 Ом, та показали, що для проектних величин струму в згустку 10 мА та амплітуди ВЧ-напруги в резонаторі 250 кВ довжина згустку становить sz = 0.5 см.Получены оценки вкладов в реальную и мнимую части широкополосного импеданса от различных компонент вакуумной камеры накопителя НЕСТОР с помощью, как аналитических выражений, полученных в низкочастотном приближении, так и компьютерного моделирования. Как и ожидалось, исходя из того, что длина окружности кольца невелика (15,44 м), основной вклад, как в продольный импеданс Z||/n, так и в фактор энергетических потерь kloss, дает ВЧ-резонатор. Широкополосный импеданс резонатора был также получен с помощью CST Microwave Studio (CST Studio Suite TM 2006) путем моделирования метода "коаксиальной проволоки", широко используемого для измерения импеданса. Обе оценки хорошо согласуются между собой. Проведено моделирование ряда индуктивных элементов с помощью CST Particle Studio 2010, используя программу, вычисляющую кильватерные поля. Мы также оценили длину сгустка в накопителе, взяв консервативную оценку Z||/n= 3 Ом, и показали, что для проектных величин тока в сгустке 10 мА и амплитуды ВЧ-напряжения в резонаторе 250 кВ длина сгустка составляет sz = 0.5 см

Sources of the x-rays based on compton scattering

The principles of the intense X-rays generation by laser beam scattering on a relativistic electron beam are described and description of facilities are assigned to produce the X-rays based on Compton scattering is presented. The possibilities of various types of such facilities are estimated and discussed. The source of the X-rays based on a storage ring with low beam energy is described in details and advantages of the sources of such type are discussed. The results of calculation and numerical simulation had been carried out for laser electron storage ring N100M that is under developing in NSC KIPT show wide prospects of the accelerator facility of such type.Описано принципи, що дозволяють отримувати інтенсивні пучки g-квантів при розсіюванні лазерного пучка на релятивістському електронному пучці та представлено останні результаті експериментів. Детально описується джерело рентгенівського випромінювання на базі нагромаджувача з малою енергією електронного пучка та обговорюються переваги цього способу одержання жорстких фотонів. Наведено результати моделювання параметрів джерела інтенсивного g-випромінювання на базі комптонівського розсіювання –Н100М.Описаны физические принципы получения интенсивных пучков g-квантов при рассеянии лазерного пучка на релятивистском электронном пучке и представлены последние экспериментальные результаты. Детально описывается источник рентгеновского излучения, основанный на накопительном кольце с малой энергией электронного пучка, и обсуждаются преимущества этого способа получения жестких фотонов. Приводятся результаты моделирования параметров источника интенсивного g-излучения на основе комптоновского рассеяния – Н100М

Development of an advanced x-ray generator based on Compton back-scattering: a proposal for Science for Peace sub-program of NATO

An extended form of a cooperative project proposal is presented. The main goal of the proposal is the design and construction of a storage ring X-ray generator based on Compton backscattering. The project’s primary objectives and organisation, together with a draft plan for the required N-100 storage ring reconstruction effort, are outlined