Probe for measuring the longitudinal component of the electric field in a dielectric wakefield accelerator

To conduct experiments to determine the amplitude of the electric field and the transformation ratio in the wake field accelerator based on dielectric structures excited by electron bunches of the Almaz-2 electron accelerator, a probe was developed and manufactured. The probe consists of a ¼ wavelength antenna (27 mm) and a detection circuit based on a 2A201A microwave diode. To calibrate the probe, a measuring stand was assembled, consisting of a microwave generator and a horn emitter. A SPEKTRAN spectrum analyzer (Germany) was used as a microwave power meter, and a digital oscilloscope was used as a meter of the detected signal from the probe. The results of measurements made on the stand show that at a microwave radiation power of 26 mW/m² and an electric microwave field strength of 2.6 V/m at the measurement point, the output signal from the probe is 1 mV.Для проведення експериментів щодо визначення амплітуди електричного поля та коефіцієнта трансформації в кільватерному прискорювачі на основі діелектричних структур, що збуджуються електронними згустками електронного прискорювача “Алмаз-2”, був розроблений та виготовлений зонд. Зонд складається з антени ¼ довжини хвилі (27 мм) та схеми детектування на базі НВЧ-діода 2А201А. Для калібрування зонда було зібрано вимірювальний стенд, що складається з НВЧ-генератора та рупорного випромінювача. Як вимірювач НВЧ-потужності використовувався спектр-аналізатор SPEKTRAN (Німеччина), а як вимірювач детектованого сигналу з зонда ‒ цифровий осцилограф. Результати вимірювань, які виконані на стенді, показують, що при потужності НВЧ-випромінювання 26 мВт/м² і напруженості електричного НВЧ-поля 2,6 В/м вихідний сигнал у точці вимірювання із зонда становить 1 мВ

Relativistic electron bunch excitation of wake fields in magnеtoactive plasma

We have been demonstrated that a multiple excess of the accelerated bunch energy εmax over the energy of the exciting. REB is possible in a magnetoactive plasma at a certain relationship between the parameters of the “plasmabunch-magnetic field” system owing to a hybrid volume-surface character of REB-excited wake fields, even without using the REBs contoured in the longitudinal direction

Development of a new device for triggering a linear electron accelerator "ALMAZ-2"

A new device for triggering of the linear accelerator of electrons has been developed and tested. The circuit device consists of a master generator forming rectangular pulses with a duration of 1…2 μs with a front of about 50 ns and a repetition rate of 1 to 5 pps, and three channels generating pulses with a delay relative to the pulses of master generator, which can be adjusted from 0.1 up to 10 μs.Розроблено та випробувано новий пристрій запуску лінійного прискорювача електронів. Схема пристрою складається з задающого генератора, що формує прямокутні імпульси тривалістю від 1 до 2 мкс з фронтом близько 50 нс і з частотою проходження від 1 до 5 імпульсів у секунду, та трьох каналів, які виробляють імпульси з затримкою до імпульсів задающого генератора, яка може регулюватися від 0,1 до 10 мкс.Разработано и испытано новое устройство запуска линейного ускорителя электронов. Схема устройства запуска состоит из задающего генератора, формирующего прямоугольные импульсы длительностью 1…2 мкс с фронтом порядка 50 нс и с частотой следования от 1 до 5 импульсов в секунду, и трех каналов, вырабатывающих импульсы с задержкой относительно импульсов задающего генератора, которая может регулироваться от 0,1 до 10 мкс

Transformation ratio increase at wakefields excitation in the dielectric structure by a shaped sequence of relativistic electron bunches

The energy transformation ratio is proportional to the number of bunches under the formulated condition validity at the excitation of wakefield in the dielectric resonator by sequence of short relativistic electron bunches with linear growth of charge. Shaped sequence of relativistic electron bunches charges of which increase approximately linearly, is derived on the linear accelerator “Almaz-2 M”. The pulse duration (number of bunches) of shaped sequence can be adjusted from 0.4 (1200 bunches) to 0.75 s (2250 bunches). The experiments were performed on the excitation of wakefield in dielectric structures by this sequence of electron bunches.Показано, что при возбуждении кильватерного поля в диэлектрическом резонаторе последовательностью коротких релятивистских электронных сгустков с линейно нарастающим зарядом коэффициент трансформации энергии пропорционален числу сгустков последовательности при выполнении сформулированных условий. На линейном ускорителе “Алмаз-2М” получена профилированная последовательность релятивистских электронных сгустков, заряды которых нарастают примерно по линейному закону. Длительность импульсов (количество сгустков) профилированной последовательности можно изменять от 0,4 (1200 сгустков) до 0,75 мкс (2250 сгустков). Проведены эксперименты по возбуждению кильватерных полей в диэлектрических структурах этой последовательностью электронных сгустков.Показано, що при збудженні кільватерного поля в діелектричному резонаторі послідовністю коротких релятивістських електронних згустків з лінійно наростаючим зарядом коефіцієнт трансформації енергії пропорційний числу згустків послідовності при виконанні сформульованих умов. На лінійному прискорювачі “Алмаз-2М” отримана профільована послідовність релятивістських електронних згустків, заряди яких наростають приблизно за лінійним законом. Тривалість імпульсів (кількість згустків) профільованої послідовності можливо змінювати від 0,4 (1200 згустків) до 0,75 мкс (2250 згустків). Проведено експерименти по збудженню кільватерних полів у діелектричних структурах цією послідовністю електронних згустків

Plasma wake-field acceleration of charged particles by selfmodulated long relativistic electron bunch

- High-amplitude plasma wake-waves are excited by high-density relativistic electron bunches (REB) moving in a plasma. The wake- fields can be used to accelerate charged particles, to serve as electrostatic wigglers in freeelectron plasma lasers (FEL), and also can find many other applications. The electromagnetic fields in the region occupied by the bunch control the dynamics of the bunch itself. In particular, the transverse forces cause a strong compression (pinching) of bunches having small transverse dimensions (kprb << 1, where kp = ωp/c, ωp is the plasma frequency, c is the light velocity, and rb is the radius of the bunch). This phenomenon is at the basis of operation of plasma lenses that can be used to focus ultrahigh energy particles. The longitudinal fields give rise to longitudinal modulation of an electron bunch. Specifically, an originally uniform bunch evolves into individual microbunches. This paper presents the results of 2.5-dimensional numerical simulation of both the modulation of long REB in a plasma and the excitation of wake fields by these bunches. The previous one-dimensional study has shown that the density profile modulation of a long bunch moving in plasma results in the growth of the wake wave amplitude. This is explained by the fact that the wake fields generated by microbunches being due to the evolution of the initially uniform bunch during the modulation, are coherent. The bunch modulation occurs at the plasma frequency. The present study is concerned with the REB motion, taking into account the plasma and REB nonlinearities. It is demonstrated that the radial REB dynamics exerts primary effect on both the REB self-modulation and the wake field excitation by the bunches formed

Experimental investigation of neutron spectra generated in a copper target by 10 MeV protons

The intensity and energy spectra of neutron radiation arising as a result of interaction of the accelerated proton beam with a copper target were measured at a proton energy of 10 MeV. The neutron spectrum was measured using two different techniques: i) with pulse-shape discrimination of gamma-background, and ii) by activation detectors. The neutron yield from the (p,n) reaction was estimated. For the copper target, the neutron yield per accelerated proton of energy 10 MeV was (3.5 ± 1.0)⋅10⁻³.Проведено вимір енергетичних спектрів і інтенсивності нейтронного випромінювання, генеруемого в мідній мішені пучком протонів з енергією 10 МеВ. Спектри нейтронів вимірювалися за допомогою двох різних методик: з дискримінацією гамма-фону за формою імпульсу, а також із застосуванням активаційних детекторів. Визначено вихід нейтронів з мідної мішені - (3.5±1.0)·10⁻³ на один прискорений протон з енергією 10 МеВ.Проведено измерение энергетических спектров и интенсивности нейтронного излучения, генерируемого в медной мишени пучком протонов с энергией 10 МэВ. Спектры нейтронов измерены с помощью двух различных методик: с дискриминацией гамма-фона по форме импульса, а также с применением активационных детекторов. Определен выход нейтронов из медной мишени – (3.5±1.0)·10⁻³ на один ускоренный протон с энергией 10 МэВ

Accelerating of the electrons of electron bunches in a waveguide loaded dielectric structure

The paper presents some results of experimental studies of the excitation of wake fields and the acceleration of electrons in waveguide-dielectric structures (DS) upon injection of a sequence of electron bunches into them. Experiments have shown an increase in the amplitude of the wake wave and the acceleration of a small fraction of electrons when the wavelength of the excited field is equal to the doubled bunch length. A simple physical model of the observed phenomenon is given. Also, the paper proposes a method for accelerating a part of each electron bunch in the steady-state mode of the resonator dielectric structure. Some of the electrons are “cut out” by the collimator and enter the accelerating phase of the previously excited wake wave. The wave is displaced due to the difference in the distances traveled by the wave and the accelerated part of the electrons.Представлені деякі результати експериментальних досліджень збудження кільватерних полів і прискорення електронів в хвилеводно-діелектричних структурах при інжекції в них послідовності електронних згустків. Експерименти показали збільшення амплітуди кільватерної хвилі і прискорення невеликої частини електронів при рівності довжини хвилі збуджуваного поля подвоєній довжині згустку. Дана проста фізична модель цього явища. Також у роботі запропоновано спосіб прискорення частини кожного електронного згустку в сталому режимі резонаторної діелектричної структури. Частина електронів «вирізується» коліматором і потрапляє в прискорюючу фазу збудженої раніше кільватерну хвилю. Хвиля зміщується за рахунок різниці в відстанях, що проходять хвиля і прискорювана частина електронів.Представлены некоторые результаты экспериментальных исследований возбуждения кильватерных полей и ускорения электронов в волноводно-диэлектрических структурах при инжекции в них последовательности электронных сгустков. Эксперименты показали увеличение амплитуды кильватерной волны и ускорение небольшой части электронов при равенстве длины волны возбужденного поля удвоенной длине сгустка. Дана простая физическая модель наблюдаемого явления. Также в работе предложен способ ускорения части каждого электронного сгустка в установившемся режиме резонаторной диэлектрической структуры. Часть электронов «вырезается» коллиматором и попадает в ускоряющую фазу возбужденной ранее кильватерной волны. Волна смещается за счет разницы в расстояниях, проходимых волной и ускоряемой частью электронов

Experimental studies into spectral and time characteristics of the accelerator U-12 radiation field

The present paper is concerned with experimental studies of the structure, time and spectral characteristics of the radiation field of the accelerator U-12. The results obtained from the studies were used to develop the concept of constructing a mobile complex applicable for registration and location of neutron- and gamma-radiations outside the room, which accommodates the accelerator, and also for the assessment of efficiency in radiation shielding of pulsed accelerators.Робота присвячена експериментальним дослідженням складу, часових і спектральних характеристик радіаційного поля прискорювача У-12. Результати досліджень використані при розробці мобільного комплексу для реєстрації нейтронного і гама-випромінювання поза прискорювальним залом, а також для оцінки ефективності радіаційного захисту імпульсних прискорювачів.Работа посвящена экспериментальным исследованиям состава, временных и спектральных характери- стик радиационного поля ускорителя У-12. Результаты исследований использованы при разработке мобиль- ного комплекса для регистрации нейтронного и гамма-излучения вне ускорительного зала, а также для оцен- ки эффективности радиационной защиты импульсных ускорителей

Sheared Flow As A Stabilizing Mechanism In Astrophysical Jets

It has been hypothesized that the sustained narrowness observed in the asymptotic cylindrical region of bipolar outflows from Young Stellar Objects (YSO) indicates that these jets are magnetically collimated. The j cross B force observed in z-pinch plasmas is a possible explanation for these observations. However, z-pinch plasmas are subject to current driven instabilities (CDI). The interest in using z-pinches for controlled nuclear fusion has lead to an extensive theory of the stability of magnetically confined plasmas. Analytical, numerical, and experimental evidence from this field suggest that sheared flow in magnetized plasmas can reduce the growth rates of the sausage and kink instabilities. Here we propose the hypothesis that sheared helical flow can exert a similar stabilizing influence on CDI in YSO jets.Comment: 13 pages, 2 figure