Power requirements for a high-current proton linac with radial focusing by an electron beam

An estimation for power requirements and efficiency of a linear accelerator with transverse focusing by an electron beam is presented for the following parameters: proton beam current of 100…300 mA, output energy of 3 MeV. The results obtained are compared with the parameters of a demonstration accelerator LEDA (Los-Alamos, USA). It is shown that under conditions of electron beam recuperation at a level of 90%, the efficiency of the proton linac with electron transverse focusing can be essentially higher.Проведена оценка энергозатрат и КПД в линейном ускорителе с поперечной фокусировкой электронным пучком при токе протонов 100…300 мА, энергии на выходе 3 МэВ. Результаты сопоставлены с параметрами демонстрационного ускорителя LEDA (Лос-Аламос). Показано, что при рекуперации электронного пучка с коэффициентом 90% КПД в первом случае может быть существенно выше, чем во втором.Проведена оцінка енергозатрат та ККД у лінійному прискорювачі з поперечним фокусуванням електронним пучком при струмі протонів 100…300 мА, енергії на виході 3 МеВ. Результати співставлені з параметрами демонстраційного прискорювача LEDA (Лос-Аламос). Показано, що при рекуперації електронного пучка з коефіцієнтом 90%, ККД у першому випадку може бути суттєво вище, ніж у другому

Simulation of the initial part of a high-current proton accelerator with focusing by an electron beam

In this work it is simulated the proton acceleration with current of 0.1...0.6 A, energy up to 3 MeV. In this case the parameters of focusing electron beam are varied in the following limits: the current is 40…100 A, energy 100 kV, intensity of focusing magnetic field 2…3 kOe. The efficiency of proton capture to the acceleration process has been calculated as up to 99%.За допомогою комп'ютерного моделювання досліджується прискорення протонів із струмом 0.1 …0.6 А, енергією до 3 МеВ. При цьому параметри фокусуючого електронного пучка змінюються у межах: струм 40…100 А, енергія 100 кеВ, напруженість фокусуючого магнітного поля 2…3 кЕ. Коефіцієнт захоплення протонів у прискорення досягає 99%.Исследуется ускорение протонов с током 0.1…0.6 А, энергией до 3 МэВ. При этом параметры фокусирующего электронного пучка меняются в пределах: ток 40…100 А, энергия 100 кэВ, напряженность фокусирующего магнитного поля 2…3 кЭ. Коэффициент захвата протонов в ускорение достигает 99%

Duration of multipacting processes and discharges in the linac of ions

It is experimentally shown that multipactor processes may be as harmful as other of parasitic discharges and cause significant disturbance in resonator electrodynamic characteristics of an accelerating structure. The disturbance may be evaluated by pulse-shape distortions of a reference rf voltage impulse. Control over duration of multipactor processes within diode gaps of a linac is effected by varying parameters of a self-sustained oscillation system formed by two independent positive feedback circuits (PFC). If two synchronous rf voltage pulses of given amplitude superpose in the accelerating structure, there occurs an impediment to multipactor processes. As this takes place, multipactor processes display minimal duration and do not affect acceleration stability.Експериментально показано, що мультипакторнi процеси можуть досягати розмiрiв паразитних мультипакторних розрядiв i досить довгостроково порушувати електродинамiчнi характеристики прискорювача. Порушення характеристик оцiнюється по перекручуванню форми контрольного ВЧ-iмпульсу напруги резонатора. Регулювання тривалiстю мультипакторних процесiв i розрядiв у прискорюючiх зазорах лiнiйного прискорювача iонiв Н-типу здiйснюється змiною параметрiв результуючих ВЧ-напруг, збуджених iмпульсної автоколивальною системою iз двома контурами з незалежними позитивними зворотними зв’язками. У випадку накладення в прискорювальнiй структурi двох синхронних ВЧ-напруг номiнальних амплiтуд, розвиток мультипакторних процесiв придушується. При цьому тривалiсть процесiв мiнiмальна i їхнiй вплив на стiйкiсть характеристик прискорювача вiдсутнiй.Экспериментально показано, что мультипакторные процессы могут достигать величин паразитных мультипакторных разрядов и весьма длительно нарушать электродинамические характеристики ускорителя. Нарушение характеристик оценивается по искажению формы контрольного ВЧ-импульса напряжения резонатора. Регулирование длительности мультипакторных процессов и разрядов в ускоряющих зазорах однорезонаторного линейного ускорителя ионов Н-типа, производится измене- нием параметров результирующих ВЧ-напряжений, возбуждаемых импульсной автоколебательной системой с двумя контурами с независимыми положительными обратными связями. В случае наложения в ускоряющей структуре двух синхронных ВЧ-напряжений номинальных амплитуд, развитие мультипакторных процессов подавляется. При этом длительность процессов минимальна и их влияние на устойчивость характеристик ускорителя отсутствует

Self-exited generator system of RF-power supply of the one-section linear ion accelerator

The paper presents the block-diagram of a RF-power supply system of a single-section linear ion accelerator and the results of experiments on studying its mode of operation with changing the parameters of circuits of positive back couling of the radio-frequency (RF) amplifier channel

Method of suppressing the multipactoring discharges

The present paper describes a method of suppressing the multipactoring discharges between electrodes in an accelerating structure of an evacuated resonator of an accelerator. The method consists in synchronous exciting the superposition of radio-frequency electric fields at a resonator operating frequency from two self-excited oscillatory circuits, the parameters of one circuit being independent on the shunt effect of discharges being suppressed. In this method the priority of fields is of equal value with meeting the condition that every of them could ensure the exceeding of the upper discharge range limit of any multipactoring which appears, while another field provides a main contribution into a required level of the operating electric field in the accelerator

Accelerating structure with alternating-phase and permanent magnet focusing

Proposed is the method for particle motion stability in linacs based on a combination of phase-alternating and longitudinal magnetic focusing using permanent magnets made of neodymium-iron-boron alloy. Presented are the results of the accelerating structure calculations.Предложен метод обеспечения устойчивости движения частиц в линейных ускорителях на основе ком-бинации переменно-фазовой фокусировки и продольного магнитного поля на постоянных магнитах на базе сплава неодим-железо-бор. Приведены результаты разработки ускоряющей структуры.Запропоновано метод забезпечення стійкості руху часток у лінійних прискорювачах на основі комбінації змінно-фазового фокусування та повздовжнього магнітного поля на постійних магнітах на базі сплаву не-одим-залізо-бор. Наведено результати розробки прискорюючої структури

Charge compensation and acceleration of a thick-walled high-current ion beam in induction linac

At present, several methods of obtaining highcurrent ion beam, which are based on the use of induction accelerators and are applied to inertial controlled fusion (ICF) research, are being considered

An accelerating&focusing structure with combined RF focusing for heavy ion accelerator

An accelerating&focusing channel of high-current linac for heavy ions with mass-to-charge ratio A/q ≤ 20 is presented. The channel is calculated to form and accelerate an ion beam from 6 keV/nucl. up to 1 MeV/nucl. An accelerator initial part based on a RFQ that provides acceleration from 6 to 100 keV/nucl. and a pre-stripping section with combined RF focusing for final acceleration up to 1 MeV/nucl. comprises the accelerating-focusing channel. It is proposed to use an IH structure for combined focusing. Numerical simulation of beam dynamics is performed. The channel allows ion beam acceleration at currents up to 10 mA.Рассмотрен ускоряюще-фокусирующий канал сильноточного линейного ускорителя тяжелых ионов с отношением массового числа к зарядовому A/q ≤ 20. Канал рассчитан на формирование и ускорение пучка от энергии 6 кэВ/нукл. до 1 МэВ/нукл. Функционально в состав канала входит НЧУ на базе ПОКФ (энергия от 6 до 100 кэВ/нукл.) и предобдирочная секция (энергия до 1 МэВ/нукл.) с комбинированной высокочастот-ной фокусировкой. Предложена схема реализации этого типа фокусировки на базе IH-структур. Проведено численное моделирование динамики пучка. Канал позволяет ускорять пучки ионов с током до 10 мА.Розглянуто прискорюючо-фокусуючий канал сильнострумового лінійного прискорювача важких іонів з відношенням масового числа до зарядового A/q ≤ 20. Канал розраховано на формування та прискорення пучків від енергії 6 кеВ/нукл. до 1 МеВ/нукл. Функціонально до складу каналу входить ПЧП на базі ПОКФ (енергія від 6 до 100 кеВ/нукл.) та секція (енергія до 1 МеВ/нукл.) з комбінованим ВЧ-фокусуванням. Запро-поновано схему реалізації даного типу фокусування на базі IH-структур. Проведено чисельне моделювання динаміки пучків. Канал дозволяє прискорювати пучки іонів зі струмом до 10 мА

Formation of a sequence chains of nanosecond ion bunches for injection in a linear accelerator

Currently there are generators of intense ion beams of nanosecond duration. For the purpose of the injection such ions into a linear accelerator the formation of a sequence ~10² ion bunches of a duration of 20 ns, a current of ~100 mA total current pulse duration of about 1 μs is considered in this work. In this case, bunches of highly charged ions (HCI) of aluminum are generated by field emission by applying a voltage of 400 kV, a duration of 50 ns at a block of aluminum emitters, spaced along the axis of the injector. The injector consists of a sequence co-axial emitters, a grounded accelerating grid and a retarding-and-turning grid. Trough the retarding-and-turning grid a current is passed from the current pulse generator, which creates an azimuthal magnetic field directing HTI along the axis. The analytical calculations that determine the parameters and confirming the possibility of the technical realization of such a device are shown.В настоящее время имеются генераторы интенсивных ионных пучков наносекундной длительности. С целью инжекции таких ионов в линейный ускоритель в данной работе рассмотрено формирование последовательности ~10² ионных сгустков длительностью 20 нс, током ~100 мА в суммарный токовый импульс длительностью ~1 мкс. При этом сгустки высокозарядных ионов алюминия (ВЗИ) генерируются автоэмиссион-ным путем при подаче напряжения 400 кВ, длительностью 50 нс на блок острийных эмиттеров из алюминия, разнесенных в пространстве вдоль оси инжектора. Инжектор состоит из коаксиально расположенных эмиттеров, заземленной ускоряющей сетки и замедляюще-оворотной сетки. Через замедляюще-поворотную сетку пропускается ток от генератора импульсного тока, создающий азимутальное магнитное поле, направляющее ВЗИ вдоль оси. Приведены аналитические расчеты, определяющие параметры и подтверждающие возможность технической реализации подобного устройства.Наразі є генератори інтенсивних іонних пучків наносекундної тривалості. З метою інжекції таких іонів у лінійний прискорювач у цій роботі розглянуто формування послідовності ~10² іонних згустків тривалістю 20 нс, струмом ~100 мА в сумарний струмовий імпульс тривалістю ~1 мкс. Згустки високозарядних іонів алюмінію (ВЗІ) генеруються автоемісійним шляхом при подачі напруги 400 кВ, тривалістю 50 нс на блок вістрійних емітерів з алюмінію, рознесених у просторі уздовж осі інжектора. Інжектор складається з коаксіально розташованих емітерів, заземленої прискорюючої сітки і сповільнюючо-поворотної сітки. Через сповільнюючо-поворотну сітку пропускається струм від генератора імпульсного струму, що створює азимутальне магнітне поле, яке спрямовує ВЗІ уздовж осі. Наведені аналітичні розрахунки, що визначають параметри й підтверджують можливість технічної реалізації подібного пристрою

The calculation technique for accelerating channel of the structure with the space-uniform RFQ focusing

Calculations were carried out for the initial part of the heavy ion accelerator with the large mass-to-charge ratio (a/q = 46). The process of calculation is divided in four stages. At the first stage the average aperture radius and the field strength are determined according to the initial data. At the second stage the optimization of the accelerating tract is performed. To the purpose, the structure is divided in 6 sections: a funnel (a cone), a bunch former, a pre-buncher, an adiabatic buncher, a booster, an accelerating section. At the third stage the obtained data are re-calculated in the values of the modulation depth and lengths of the accelerating periods with taking into account the real fields. At the fourth stage the beam parameters at the accelerator output are determined for the tract built with taking into account the space charge forces and the input beam parameters