Максимальная мощность в кдв

УДК 621.382.6(06) Физика пучков и ускорительная техника
С.С. ПРОСКИН
Научный руководитель – И.С. ЩЕДРИН, к.т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
МАКСИМАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ В КДВ
Рассматривается величина максимально допустимой мощности в КДВ. Получено выражение для расчета
Pмакс в КДВ с учетом коэффициента увеличения напряженности электрического поля на краях отверстия в
диафрагме приведены расчетные значения Pмакс. Показано что максимальное значение мощности на один
два порядка выше, чем величины мощности СВЧ-генераторов используемых для питания ускоряющих
секции ЛУЭ.
Нормированная напряженность поля в круглом диафрагмированном волноводе (КДВ) на оси может быть
представлена для нормированной фазовой скорости
   1 в виде [1]: E  
КДВ,  - длина волны,
P  A a   ,
2
(1)
где E напряженность электрического поля на оси
A – постоянный коэффициент,
зависящий от выбранного вида колебаний  , P – сверхвысокочастотная СВЧ-мощность, a  нормированный радиус отверстия в диафрагмах КДВ.
Преобразуя выражение (1) получим выражение для СВЧ-мощности в КДВ: P  E A  a
2
 4   2 .
(2)
Рассмотрим все множители, входящие в полученное выражение. Напряженность поля E выбирают для
достижения максимальной энергии на входе КДВ из следующих соображений. Предельная направленность
поля E на поверхности чистой меди составляет величину 800 кВ/см [2]. Максимальное значение E в КДВ
достигается на поверхности отверстия в диафрагме и может достигать Kп=3,0. Например, для параметра
a  =0,2 на виде колебаний    2 и a b  0,47 , при радиусе скруглений R  t 2 коэффициент
перенапряженности составляет величину Kп=2,3. Здесь b – радиус кольца КДВ, t – толщина диафрагмы. При
виде колебаний   2 3 коэффициент Kп=3,0. Параметр a  выбран из соображения достижения
максимального заряда в ускоряемых сгустках и в связи с тем, что такая величина a  принята для КДВ,
используемых в коллайдерах [3]. Отметим, что для достижения максимального поля на оси КДВ
предпочтителен вид колебаний    2 . Поле на оси КДВ не может превышать величину 270 – 350 кВ/см.
Если выбрать коэффициент записи по электрической прочности более 1,5, то получаем значение
максимальной напряженности поля 200 кВ/см. Коэффициент A определяется видом колебаний    2
КДВ. При радиасе скруглений отверстия в диафрагмах R  t 2 , получаем A=5,5. Учитывая, что
коэффициент Kп=2,3, коэффициент запаса электрической прочности выбран равным примерно 1,5, для
  2
и
a  = 0,2, имеем следующее значение для максимальной мощности в КДВ: P  2,8  2 .
(3)
Здесь если
в
сантиметрах, то СВЧ-мощность Pмакс в КДВ получается в мегаваттах. В таблице
приведены максимальные значения мощности в КДВ с
Маркировка СВЧгенератора
МИ-2423,
магнетрон
МИ-262, магнетрон
ТН-2094, клистрон
ТН-2097, клистрон
«Арсенал»,
клистрон
МИ-470, магнетрон
КИУ-15, клистрон
МИУ-34, магнетрон
ТН-2104, клистрон
  =1 при виде колебаний    2 .
Таблица
Максимальная СВЧ-мощность.
Pи, импульсная
рабочая
Pмакс КДВ, f,
,
мощность,
[МВт]
[МГц]
[см]
[МВт]
0,5
28,7
9368
3,2
9
37
20
245,7
280
308,5
3200
2998
2856
9,37
10
10,5
40
321,7
2797
10,7
11
30
36
15
707,9
761,4
761,4
1488,9
1885
1818
1818
1300
15,9
16,49
16,49
23,06
УДК 621.382.6(06) Физика пучков и ускорительная техника
Отметим, что максимально предельные величины-СВЧ мощности в КДВ на один или два порядка выше
для выбранных параметров КДВ, чем реальные мощности генераторов и усилителей СВЧ, применяемых в
линейных ускорителях электронов.
Список литературы
О.А. Вальднер, Н.П. Собенин, Б.В. Зверев, И.С. Щедрин. Диафрагмированные
Справочник. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1991. С.98-112.
1.
2.
И.Н. Сливков. Процессы при выском напряжении в вакууме. М.:ЭАИ, 1986.
3.
В.Е. Балакин, Н.П. Собенин, Н.А. Соляк. Линейные коллайдеры. М.: МИФИ, 1992.
волноводы: