Using of undulators for low energy ion linac

The possibility of using undulators for focusing and acceleration of charged particles in RF field is discussed. There are suggested that the RF field does not have harmonics in synchronism with the beam. The accelerating force is produced by a combination of RF and undulator fields. Examples illustrating the efficiency of the proposed method acceleration are given for low energy ion beams. In the undulator accelerator (UNDULAC) an electrostatic, a magnetic and radio frequency undulators can be used. The focusing conditions of the beam are studied. Methods for increasing of the ion beam intensity are discussed

New versions of the BEAMDULAC code for high intensity ion beam dynamics investigation

New versions of the BEAMDULAC code are described. Such code can be used for high intensity ion beam dynamics investigation in linear accelerators. New abilities of the code are presented and the code testing is observed. A code version for beam dynamics investigation in a beam transport channel is also discussed.Рассматриваются новые варианты программы BEAMDULAC. Эта программа предназначена для изучения динамики сильноточных ионных пуков в линейных ускорителях. Рассматриваются новые возможности программы и результаты тестирования. Также обсуждается вариант программы, предназначенный для исследования динамики пучков в каналах транспортировки.Розглядаються нові варіанти програми BEAMDULAC. Ця програма призначена для вивчення динаміки потужнострумових іонних пуків у лінійних прискорювачах. Розглядаються нові можливості програми і результати тестування. Також обговорюється варіант програми, призначений для дослідження динаміки пучків у каналах транспортування

Comparison of two focusing methods in low-energy ion linac with electric undulator fields

It is well known that nonsynchronous harmonics of RF field (RF undulator) are focusing the particles [1, 2]. In low-energy linear accelerators the periodic sequence of electrostatic lenses (electrostatic undulator) can be used for the ion beams focusing too. The conditions of the beam stability were found and analyzed for two undulator types.Відомо, що несинхронні гармоніки високочастотного поля (ВЧ-ондулятор) фокусують частинки. У лінійних прискорювачах на малу енергію періодична послідовність електростатичних лінз (електростатичний ондулятор) теж може використатися для фокусування іонних пучків. Умови стійкості пучка знайдені і проаналізовані для двох типів ондулятора.Известно, что несинхронные гармоники высокочастотного поля (ВЧ-ондулятор) фокусируют частицы. В линейных ускорителях на малую энергию периодическая последовательность электростатических линз (электростатический ондулятор) тоже может использоваться для фокусировки ионных пучков. Условия устойчивости пучка найдены и проанализированы для двух типов ондулятора

Peculiarities of ribbon ion beam dynamics in the undulator linear accelerator

3D dynamics in the linear undulator accelerator is studied using analytical methods. The Hamilton form of motion equations is carried out by means of a smooth approximation method. The comparison of analytically and numerically simulated results is provided.Було проведено аналітичне дослідження тривимірної динаміки в лінійному ондуляторному прискорювачі. З використанням методу усереднення по швидким осцилляциям отримане рівняння руху у формі Гамільтона. Проводиться порівняння результатів аналітичного дослідження і чисельного моделювання динаміки пучка.Было проведено аналитическое исследование трехмерной динамики в линейном ондуляторном ускорителе. С использованием метода усреднения по быстрым осцилляциям получено уравнение движения в форме Гамильтона. Проводится сравнение результатов аналитического исследования и численного моделирования динамики пучка

Effective acceptance evaluation of linear resonance accelerator

One of the most important challenges for accelerators is to match an accelerating beam with an accelerator acceptance. It allows one reduce a particle loss. Effective acceptance evaluation of linear resonance accelerator with RF focusing is carried out with no taking into account a beam space charge; a model taking into account non-coherent bunch particle oscillations is considered with the use of an averaging technique over rapid oscillations. Analytical results obtained are verified. Computer simulations of self-consistent low-energy ion beam dynamics are performed.Одной из наиболее важных задач для ускорителей является задача согласования ускоряемого пучка с аксептансом ускорителя, решение которой позволяет снизить потери частиц пучка. Производится оценка эффективного аксептанса (области захвата) линейного резонансного ускорителя с ВЧ-фокусировкой без учёта поля собственного пространственного заряда пучка; рассматривается модель, учитывающая некогерентные колебания частиц сгустка, с использованием метода усреднения по быстрым осцилляциям. Полученные аналитические результаты проверяются. Проводятся численные моделирования самосогласованной динамики низкоэнергетического ионного пучка.Одним із найбільш важливих завдань для прискорювачів є завдання узгодження прискорюючого пучка з аксептансом прискорювача, рішення якого дозволяє знизити втрати частинок пучка. Проводиться оцінка ефективного аксептанса (області захоплення) резонансного лінійного прискорювача з ВЧ-фокусуванням без урахування поля власного просторового заряду пучка; розглядається модель, що враховує некогерентні коливання частинок згустку, з використанням методу усереднення по швидким осциляціям. Отримані аналітичні результати перевіряються. Проводяться чисельні моделювання самоузгодженої динаміки низькоенергетичного іонного пучка

The beam space charge neutralization in UNDULAC-E

One of main problems in accelerator physics is the increasing of ion beam intensity. The linear undulator accelerator with electrostatic undulator (UNDULAC-E) was proposed for ion beam acceleration. The accelerating force in UNDULAC is produced by an electric field which is a combination of two or more spatial harmonics, none of them being synchronous with the ion beam. In UNDULAC-E one of RF field space harmonic and field of electrostatic undulator are used. The value of this force is proportional to the particle charge squared. This effect allows neutralizing the beam space charge by accelerating ions with opposite charge sign within the same bunch. In this paper some results of analytical and numerical study beam space charge neutralization in UNDULAC-E using transverse electrostatic undulator are represented.Одной из основных задач ускорительной физики является повышение интенсивности ионных пучков. Ранее для ускорения таких пучков был предложен линейный ондуляторный ускоритель (ЛОУ). В ЛОУ ускоряющая сила возникает в результате воздействия на пучок двух несинхронных пространственных гармоник поля. В частности, в ЛОУ с электростатическим ондулятором используется основная гармоника ВЧ-поля и поле электростатического ондулятора. Сила, действующая на частицу, в ЛОУ пропорциональна квадрату заряда иона, что дает возможность совместного ускорения положительно и отрицательно заряженных ионов в одном сгустке. В данной работе представлены результаты аналитического и численного исследования нейтрализации влияния объемного заряда пучка в ЛОУ с поперечным электростатическим ондулятором.Одним з основних завдань фізики прискорювачів є підвищення інтенсивності іонних пучків. Раніше для прискорення таких пучків був запропонований лінійний ондуляторний прискорювач (ЛОУ). У ЛОУ прискорювальна сила виникає в результаті впливу на пучок двох несинхронних просторових гармонік поля. Зокрема, у ЛОУ з електростатичним ондулятором використається основна гармоніка ВЧ-поля й поле електростатичного ондулятора. Сила, що діє на частку, у ЛОУ пропорційна квадрату заряду іона, що дає можливість спільного прискорення позитивно й негативно заряджених іонів в одному згустку. У даній роботі представлено результати аналітичного й чисельного дослідження нейтралізації впливу об'ємного заряду пучка в ЛОУ з поперечним електростатичним ондулятором

Numerical simulation of 3D ion ribbon beam dynamics in RF undulator linac

The ion ribbon beam can be bunched and accelerated in linear accelerator with RF undulator (UNDULAC-RF). The acceleration and focusing of beam are realized without using a synchronous wave in such an accelerator. The results of numerical simulation of 3D self-consistent ribbon ion beam dynamics are presented. The limit current and current transmission coefficients are calculated.Стрічковий іонний пучок може бути згрупований і прискорений у лінійному високочастотному ондуляторному прискорювачі (UNDULAC-RF). У UNDULAC-RF прискорення і фокусування відбуваються при відсутності в системі синхронної з пучком гармоніки. Було проведено чисельне моделювання самоузгодженої тривимірної динаміки стрічкового іонного пучка в UNDULAC-RF. Визначено граничний струм пучка і максимальний коефіцієнт струмопроходження.Ленточный ионный пучок может быть сгруппирован и ускорен в линейном высокочастотном ондуляторном ускорителе (UNDULAC-RF). В UNDULAC-RF ускорение и фокусировка происходят при отсутствии в системе синхронной с пучком гармоники. Было проведено численное моделирование самосогласованной трехмерной динамики ленточного ионного пучка в UNDULAC-RF. Определен предельный ток пучка и максимальный коэффициент токопрохождения

Ion beam dynamics in superconducting drift tube linac

Ion superconducting linac is based on periodic system from short identical niobium drift tube cavities. This linac supplies typically 1 MV of accelerating potential per cavity. By specific phasing of the RF cavities one can provide a stable particle motion in the whole accelerator. The longitudinal and transverse ion beam dynamics is studied in this linac. The equation of motion in the Hamiltonian form done by means of the smooth approximation. This equation is used for analysis of the nonlinear ion beam dynamics in superconducting linac. It was shown that the connection between the phase acceptance and the transverse emittance can be found by means of the effective potential function. The focusing methods by the solenoid field and RF field are studied. The results of this investigation are compared with the numerical simulation of ion beam dynamics in superconducting linac.Линейный ионный сверхпроводящий ускоритель основан на периодической последовательности коротких идентичных ниобиевых резонаторов с трубками дрейфа. В таком ускорителе каждый резонатор обеспечивает ускоряющее напряжение около 1 МВ. С помощью специальной фазировки поля в каждом резонаторе можно обеспечить устойчивое движение во всем ускорителе. Изучается продольная и поперечная динамика пучка в таком ускорителе. С помощью метода усреднения получено трехмерное уравнение движения в гамильтоновой форме. Это уравнение используется для анализа нелинейной динамики пучка в сверхпроводящем ускорителе. Показано, как найти связь между фазовым аксептансом и поперечным эмиттансом пучка с помощью эффективной потенциальной функции. Изучаются методы фокусировки с помощью магнитного поля соленоидов и ВЧ-поля. Результаты исследований сравниваются с численным моделированием динамики ионного пучка в сверхпроводящем линейном ускорителе.Лінійний іонний надпровідний прискорювач заснований на періодичній послідовності коротких ідентичних ніобієвих резонаторів із трубками дрейфу. У такому прискорювачі кожен резонатор забезпечує прискорювальну напругу близько 1 МВ. За допомогою спеціального фазування поля в кожному резонаторі можна забезпечити стійкий рух у всьому прискорювачі. Вивчається поздовжня і поперечна динаміка пучка в такому прискорювачі. За допомогою методу усереднення отримане тривимірне рівняння руху в гамільтоновій формі. Це рівняння використається для аналізу нелінійної динаміки пучка у надпровідному прискорювачі. Показано, як знайти зв'язок між фазовим аксептансом і поперечним еміттансом пучка за допомогою ефективної потенційної функції. Вивчаються методи фокусування за допомогою магнітного поля соленоїдів і ВЧ-поля. Результати досліджень погоджуються із чисельним моделюванням динаміки іонного пучка в надпровідному лінійному прискорювачі

Space charge effects and RF focusing of ribbon beam in ion linac

Version of the plane structure ion linac which is designed for intensive low energy ribbon beams bunching and acceleration is considered. Transverse stability is achieved by the use of nonsynchronous field harmonic focusing influence (RF focusing concept). Investigation of intensive ribbon beam dynamics features is carried out. The space charge effects are studied numerically by means of "super particles" approach. The proposal of 80% transmission 1 A limit current ribbon beam accelerator for the ITER neutral injection system and some another applications is presented

Ion beam dynamics in superconducting drift tube linac

Ion superconducting linac is based on periodic system from short identical niobium drift tube cavities. This linac supplies typically 1 MV of accelerating potential per cavity. By specific phasing of the RF cavities one can provide a stable particle motion in the whole accelerator. The longitudinal and transverse ion beam dynamics is studied in this linac. The equation of motion in the Hamiltonian form done by means of the smooth approximation. This equation is used for analysis of the nonlinear ion beam dynamics in superconducting linac. It was shown that the connection between the phase acceptance and the transverse emittance can be found by means of the effective potential function. The focusing methods by the solenoid field and RF field are studied. The results of this investigation are compared with the numerical simulation of ion beam dynamics in superconducting linac.Линейный ионный сверхпроводящий ускоритель основан на периодической последовательности коротких идентичных ниобиевых резонаторов с трубками дрейфа. В таком ускорителе каждый резонатор обеспечивает ускоряющее напряжение около 1 МВ. С помощью специальной фазировки поля в каждом резонаторе можно обеспечить устойчивое движение во всем ускорителе. Изучается продольная и поперечная динамика пучка в таком ускорителе. С помощью метода усреднения получено трехмерное уравнение движения в гамильтоновой форме. Это уравнение используется для анализа нелинейной динамики пучка в сверхпроводящем ускорителе. Показано, как найти связь между фазовым аксептансом и поперечным эмиттансом пучка с помощью эффективной потенциальной функции. Изучаются методы фокусировки с помощью магнитного поля соленоидов и ВЧ-поля. Результаты исследований сравниваются с численным моделированием динамики ионного пучка в сверхпроводящем линейном ускорителе.Лінійний іонний надпровідний прискорювач заснований на періодичній послідовності коротких ідентичних ніобієвих резонаторів із трубками дрейфу. У такому прискорювачі кожен резонатор забезпечує прискорювальну напругу близько 1 МВ. За допомогою спеціального фазування поля в кожному резонаторі можна забезпечити стійкий рух у всьому прискорювачі. Вивчається поздовжня і поперечна динаміка пучка в такому прискорювачі. За допомогою методу усереднення отримане тривимірне рівняння руху в гамільтоновій формі. Це рівняння використається для аналізу нелінійної динаміки пучка у надпровідному прискорювачі. Показано, як знайти зв'язок між фазовим аксептансом і поперечним еміттансом пучка за допомогою ефективної потенційної функції. Вивчаються методи фокусування за допомогою магнітного поля соленоїдів і ВЧ-поля. Результати досліджень погоджуються із чисельним моделюванням динаміки іонного пучка в надпровідному лінійному прискорювачі