И.И. ПЕТРУШИНА, И.В. РЫБАКОВ Научный руководитель – М.А. ГУСАРОВА, к.т.н., доцент

И.И. ПЕТРУШИНА, И.В. РЫБАКОВ
Научный руководитель – М.А. ГУСАРОВА, к.т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
МУЛЬТИПАКТОРНЫЙ РАЗРЯД В БИПЕРИОДИЧЕСКИХ
УСКОРЯЮЩИХ СТРУКТУРАХ
Представлены результаты исследования возможности возникновения
мультипакторного разряда в бипериодических ускоряющих структурах.
Определены пороговые уровни градиента поля, выявлены характерные траектории
движения электронов, обнаружены области структуры, подверженные разряду.
Важным вопросом при конструировании СВЧ устройства является его
электрическая прочность. Наряду с высокочастотным пробоем опасность
может представлять мультипакторный разряд, характерный для областей
структуры с низкими значениями электрического поля, а именно ячейки
связи и области на поверхности структуры [1].
Был проведён расчёт для четырёх структур типа бипериодической
ускоряющей структуры (БУС) с различными модификациями: обычная
структура со связью по магнитному полю (1), структура с расширенной
ячейкой связи (2), структура с расширенной ячейкой связи и
уменьшенной длиной промежутка связи по магнитному полю (3) и
структура с выточкой в диафрагме (4).
Рис. 1. Увеличение числа частиц в структуре в диапазоне ускоряющих полей
от 0 до 200 МВ/м
Расчет проводился с
использованием программы расчета
мультипакторного разряда Multp-M [2]. На рис. 1 приведены графики
увеличения числа частиц в структуре в диапазоне ускоряющих полей от 0
до 200 МВ/м.
Подробные исследования траекторий движения частиц в различных
диапазонах ускоряющего поля показали:
•
На низких уровнях ускоряющего градиента (порядка 1-2 МВ/м)
траектории наблюдаются на скруглении конусообразного выреза (рис. 2а)
•
При увеличении градиента траектории начинают появляться в
ячейке связи в местах «провисания» поля (рис. 2б)
•
Начиная приблизительно с 9 МВ/м, стабильные траектории
наблюдаются на стенках ускоряющей ячейки (рис. 2в)
а
б
в
Рис. 2. Траектории движения электронов в структуре при различных значениях
ускоряющего поля
Таким образом, результаты расчетов мультипакторного разряда
показывают:
•
Наиболее подвержена мультипакторному разряду в области
ячейки связи структура 1 без расширения, что очевидно – чем меньше
зазор, тем больше вероятность мультипакторного разряда;
•
Траектории, обнаруживаемые в области ячейки связи, в
большинстве своём довольно высоких порядков (10ого и выше), сильно
закручены, начинаясь на одной стороне ячейки связи не всегда доходят до
противоположной. Можно сделать вывод, что подобные траектории
опасности не представляют. Вероятно, поэтому плохо обнаруживаются
при расчёте;
• Большинство наиболее стабильных траекторий наблюдается на
поверхности стенок ускоряющей ячейки. Характер движения электрона
«сползающий» вдоль стенки. Наиболее выраженные траектории
подобного типа наблюдаются в структуре 3.
Список литературы
1. Paramonov V., Tarasov S. The possibility of multipactor discharge in coupling cells of
coupled-cells accelerating structures, 1998 Linac Conference, Chicago, 1998.
2.
M.A. Gusarova, S.V. Kutsaev, V.I. Kaminsky, “Мultipacting simulation in accelerator
RF structure”, Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A, 599. P. 100-105, 2009