High sensitivity calorimeter for measuring wakefields energy excited by a train of electron bunches

The special calorimeter for measuring total energy of HF-wakefields excited in plasma or dielectric by relativistic electron bunches has been elaborated. Simple by design calorimeter operates in the energy range from 0.02 J up to 780 J. Water is used as an absorbing material. For measuring irradiated water volume change the capacitive ferroceramic sensor was applied. Sensor sensitivity is 8.7 pF/J that two orders exceeds sensitivity of capacitor-sensor used in our experiments before. The calorimeter is not sensitive to nonuniformity of radiation field, and its response on HFradiation is high enough. Calorimeter design allows along with measuring radiation energy simultaneously controlling the current of bunches sequence.Розроблено спеціальний калориметр для виміру енергії НВЧ–кільватерних полів, збуджуваних в плазмі або діелектрику релятивістськими електронними згустками. Простий по конструкції калориметр працює в діапазоні енергій 0,02-780 Дж. Як поглинаючий матеріал використана вода. Зміна її об’єму вимірюється ємнісним сегнетокерамічним датчиком, чутливість якого складає 8,7 пФ/Дж, що на два порядки перевищує чутливість ємнісних датчиків, які використовувались раніше.Разработан специальный калориметр для измерения полной энергии СВЧ–кильватерных полей, возбуждаемых в плазме или диэлектрике релятивистскими электронными сгустками. Простой по конструкции калориметр работает в диапазоне энергий 0,02-780 Дж. В качестве поглощающего материала использована вода. Для измерения изменения ее объема применен емкостной сегнетокерамический датчик, чувствительность которого составляет 8,7 пФ/Дж, что на два порядка превышает чувствительность применявшихся ранее емкостных датчиков

Dielectric wakefield researches

Excitation of wakefields in cylindrical dielectric waveguide/resonator by a sequence of relativistic electron bunches was investigated using an electron linac «Almaz-2» (4.5 МeV, 6·10³ bunches of duration 60 ps and charge 0.32 nC each). Energy spectrum of electrons, radial topography and longitudinal distribution of wakefield, and total energy of excited wakefield were measured by means of magnetic analyzer, high frequency probe, and a sensitive calorimeter.Исследовано возбуждение кильватерных полей в цилиндрическом диэлектрическом волноводе/резонаторе последовательностью релятивистских электронных сгустков на линейном электронном ускорителе «Алмаз-2» (4.5 МэВ, 6•10³ сгустков длительностью 60 пс и зарядом 0.32 нКл каждый). Измерены энергетические спектры электронов, радиальная топография и продольное распределение кильватерного поля и его энергия с помощью магнитного анализатора, ВЧ-зондов и чувствительного калориметра.Досліджено збудження кільватерних полів у циліндричному діелектричному хвилеводі/резонаторі регулярною послідовністю релятивістських електронних згустків на лінійному електронному прискорювачі «Алмаз-2» (4.5 МеВ, 6·10³ згустків тривалістю 60 пс і зарядом 0.32 нКл кожний). Виміряні енергетичні спектри електронів, радіальна топографія та поздовжній розподіл кільватерного поля та його енергія за допомогою магнітного аналізатора, ВЧ-зондів і чутливого калориметра

Wakefield excitation in plasma resonator by a sequence of relativistic electron bunches

Wakefield excitation in a plasma resonator by a sequence of relativistic electron bunches with the purpose to increase excited field amplitude in comparison to waveguide case is experimentally investigated. A sequence of short electron bunches is produced by the linear resonant accelerator. Plasma resonator is formed at the beam-plasma discharge in rectangular metal waveguide filled with gas and closed by metal foil at entrance and movable short-circuited plunger at exit. Measurements of wakefield amplitude are performed showing considerably higher wakefield amplitude for resonator case.Експериментально досліджується збудження кільватерних полів послідовністю релятивістських електронних згустків у плазмовому резонаторі з метою збільшення амплітуди збудженого поля порівняно з хвилевідним випадком. Послідовність коротких електронних згустків генерується лінійним резонансним прискорювачем. Плазмовий резонатор формується при пучково-плазмовому розряді в прямокутному металевому хвилеводі, заповненим газом та закритим металевою фольгою на вході й рухомим короткозамкненим плунжером на виході. Виконані виміри амплітуди кільватерного поля, які показують значно більші амплітуди для резонаторного випадку.Экспериментально исследуется возбуждение кильватерных полей последовательностью релятивистских электронных сгустков в плазменном резонаторе с целью увеличения амплитуды возбужденного поля по сравнению с волноводным случаем. Последовательность коротких электронных сгустков генерируется линейным резонансным ускорителем. Плазменный резонатор формируется при пучково-плазменном разряде в прямоугольном металлическом волноводе, заполненном газом и закрытым металлической фольгой на входе и подвижным короткозамкнутым плунжером на выходе. Выполнены измерения амплитуды кильватерного поля, показывающие значительно большие амплитуды для резонаторного случая

Acceleration of electrons at wakefield excitation by a sequence of relativistic electron bunches in dielectric resonator

Method is proposed to divide a regular sequence of electron bunches into parts of bunches driving wakefield and witness bunches, which should be accelerated. It allows to avoid the necessity of additional electron accelerator for witness bunches producing and the necessity of precision short time techniques of injection phase adjusting. The idea concludes to the frequency detuning between bunches repetition frequency and the frequency of the fundamental mode of excited wakefield. Experiments were carried out on the linear resonant accelerator "Almaz-2", which injected in the dielectric resonator a sequence of 6000 short bunches of relativistic electrons with energy 4.5МeV, charge 0.16 nC and duration 60psec each, the repetition interval 360 ps. Frequency detuning was entered by change of frequency of the master generator of the klystron within the limits of one percent so that the phase taper on the length of bunches sequence achieved 2π. Energy spectra of electrons of bunches sequence, which have been propagated through the dielectric resonator are measured and analyzed.Запропоновано метод поділення регулярної послідовності електронних згустків на згустки, що збуджують кільватерне поле і згустки-свідки, які повинні прискорюватися. Це дозволяє уникнути необхідності в додатковому прискорювачі для отримання згустків-свідків і прецизійної короткоімпульсної техніки для вибору фази інжекції. Ідея зводиться до введення розладу між частотою проходження згустків і частотою основної моди кільватерного поля, що збуджується. Експерименти проводились на лінійному резонансному прискорювачі «Алмаз-2», який інжектував в діелектричний резонатор послідовність 6000 коротких згустків релятивістських електронів з енергією 4.5 МеВ, зарядом 0.16 нКл і тривалістю кожного 60 пс, інтервал повторення 360 пс. Розлад частоти вводився змінюванням частоти задавальног генератора клістрона в межах одного процента, так що набіг фази на довжині послідовності згустків сягав 2π. Вимірювались і аналізувались енергетичні спектри електронів послідовності згустків, що пройшли через діелектричний резонатор.Предложен метод разделения регулярной последовательности электронных сгустков на сгустки, возбуждающие кильватерное поле, и сгустки-свидетели, которые должны ускоряться. Это позволяет избежать необходимости в дополнительном ускорителе для получения сгустков-свидетелей и прецизионной коротко- импульсной техники для выбора фазы инжекции. Идея сводится к введению расстройки между частотой следования сгустков и частотой основной моды возбуждаемого кильватерного поля. Эксперименты проводились на линейном резонансном ускорителе «Алмаз-2», который инжектировал в диэлектрический резонатор последовательность 6000 коротких сгустков релятивистских электронов с энергией 4.5МэВ, зарядом 0.16 нКл и длительностью каждого 60 пс, время повторения 360 пс. Расстройка частоты вводилась изменением частоты задающего генератора клистрона в пределах одного процента, так что набег фазы на длине последовательности сгустков достигал 2π. Измерялись и анализировались энергетические спектры электронов последовательности сгустков, прошедших через диэлектрический резонатор

Experiments on resonator concept of plasma wakefield accelerator driven by a train of relativistic electron bunches

The experimental installation was elaborated to increase plasma wakefield amplitude by means of using plasma resonator that allows all bunches of the train to participate in wakefield build-up contrary to waveguide case, in which due to group velocity effect only a part of the bunches participates. Experiments on plasma producing with resonant density, at which a coincidence of the plasma frequency and bunch repetition frequency is provided, are carried out. The first results of the measurements of beam energy loss on plasma wakefield excitation and energy gain by accelerated electrons are presented.Розроблена експериментальна установка для збільшення амплітуди кільватерного поля при використанні плазмового резонатора, який дозволяє усім згусткам послідовності приймати участь у збільшенні амплітуди кільватерного поля, у відмінність від хвилеводного випадку, для якого через ефект групової швидкості у цьому приймає участь тільки частина згустків. Виконані експерименти по отриманню плазми з густиною, яка забезпечує співпадання плазмової частоти и частоти проходження згустків. Представлені перші результати вимірювань втрат енергії пучка на збудження кільватерних полів у плазмі та здобутої енергії прискореними електронами.Разработана экспериментальная установка для увеличения амплитуды кильватерного поля при использовании плазменного резонатора, который позволяет всем сгусткам последовательности участвовать в увеличении амплитуды кильватерного поля, в отличие от волноводного случая, для которого из-за эффекта групповой скорости в этом участвует только часть сгустков. Выполнены эксперименты по получению плазмы с плотностью, обеспечивающей совпадение плазменной частоты и частоты следования сгустков. Представлены первые результаты измерений потерь энергии пучка на возбуждение кильватерных полей в плазме и приобретаемой энергии ускоряемыми электронами

To the mechanism of modulated REB current increase during its propagation through plasma

The mechanism of full current increase is investigated in this paper. This current arises at transporting of the short relativistic electron bunches in the plasma, formed by them at gas of large pressure. This phenomenon is determined by the electric field, arising at motion of the relativistic electron bunches, having an angular divergence, in the plasma

The experimental stand for research of wakefield method of charged particles acceleration

The experimental installation and diagnostic equipment with motivation to use for various researches of wakefield method of charged particles acceleration both in plasma and in dielectric structure has been described. The main parameters of a sequence of short relativistic electron bunch and values of physical characteristics of slowdown structures have been presented.Приведено описание экспериментальной установки и диагностического оборудования с мотивацией использования при различного рода исследований кильватерного метода ускорения заряженных частиц как в плазме, так и в диэлектрических структурах. Представлены основные параметры последовательности коротких релятивистских электронных сгустков и величины физических характеристик замедляющих структур.Приведено опис експериментальної установки та діагностичного приладдя з мотивацією використання при різного роду дослідженнях кільватерного методу прискорення заряджених часток як у плазмі, так і в діелектричних структурах. Представлені основні параметри послідовності коротких релятивістських електронних згустків і величини фізичних характеристик уповільнюючих структур

Experimental and theoretical researches of a resonator concept of a dielectric wakefield accelerator

Wakefield excitation in a cylindrical dielectric waveguide or resonator by a regular sequence of electron bunches for application to high-gradient particle acceleration has been investigated theoretically and experimentally using an electron linac «Almaz-2» (4.5 МeV, 6.103 bunches of duration 60 ps and charge 0.32 nC each).Исследовано возбуждение кильватерных полей в цилиндрическом диэлектрическом волноводе или резонаторе регулярной последовательностью электронных сгустков для целей высокоградиентного ускорения частиц как теоретически, так и в эксперименте на линейном электронном ускорителе «Алмаз-2» (4,5 МэВ, 6•103 сгустков длительностью 60 пс и зарядом 0,32 нКл каждый).Досліджено збудження кільватерних полів у циліндричному діелектричному хвилеводі або резонаторі регулярною послідовністю електронних згустків для цілей високоградієнтного прискорення часток як теоретично так і в експерименті на лінійному електронному прискорювачі «Алмаз-2» (4,5 МеВ, 6•103 згустків тривалістю 60 пс і зарядом 0,32 нКл кожний)

Sterilization by plasma produced at REB outlet into atmosphere

It has been shown, that at REB (4 МeV, 0.5 А, 2 µs, 3 Hz) outlet into atmosphere besides of sterilization straightly by REB electrons, more intense sterilization can be achieved by produced plasma. The sterilization process is determinated by influence of plasma particles, radicals, soft X-ray and UV radiation, and ozone.Показано, що при виводі РЕП (4 МеВ, 0.5 А, 2 мкс, 3 Гц,) в атмосферу, крім стерилізації електронами РЕП, більш інтенсивна стерилізація досягається створеною плазмою. Стерилізація визначається дією плазмових часток, радикалів, м’якого рентгенівського та ультрафіолетового випромінювання, а також озону.Показано, что при выводе РЭП (4 МэВ, 0.5 А, 2 мкс, 3 Гц,) в атмосферу, кроме стерилизации непосредственно электронами РЭП, более интенсивная стерилизация достигается образованной плазмой. Стерилизация определяется воздействием плазменных частиц, радикалов, мягкого рентгеновского и ультрафиолетового излучений, а так же озона

Decontamination of drug vegetative raw material by relativistic electron beam

The new technology of decontamination of drug vegetative raw material and medical products is proposed. Advantages of use of relativistic beams in a range of electron energies from 0.5 MeV to 5 MeV for these purposes are shown in comparison with X-radiation of energy from 80 keV to 1 MeV.Запропонована нова технологія деконтамінації рослинної лікарської сировини та лікарських препаратів. Показані переваги використання з цією метою релятивістських електронних пучків з енергією від 0,5 до 5 МеВ порівняно з рентгенівським випромінюванням з енергією від 80 кеВ до 1 МеВ.Предложена новая технология деконтаминации растительного медицинского сырья и лечебных препаратов. Показаны преимущества использования для этой цели релятивистских электронных пучков с энергией от 0,5 до 5 МэВ по сравнению с рентгеновским излучением с энергией от 80 кэВ до 1 МэВ