И.И. ПЕТРУШИНА, А.Н. СТОЛБИКОВА Научный руководитель – М.А. ГУСАРОВА, к.т.н., доцент

И.И. ПЕТРУШИНА, А.Н. СТОЛБИКОВА
Научный руководитель – М.А. ГУСАРОВА, к.т.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
РАСЧЁТ МУЛЬТИПАКТОРНОГО РАЗРЯДА
В ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВОМ РЕЗОНАТОРЕ
УСКОРИТЕЛЯ ISAC II
Приведены результаты исследования мультипакторного разряда в
сверхпроводящем четвертьволновом ускоряющем резонаторе, рассчитанном на
частоту 106,1 МГц.
Возникновение мультипакторного разряда в СВЧ устройствах
ускорителей заряженных частиц нарушает их нормальную работу,
приводит к потерям СВЧ мощности, увеличению времени тренировки,
нагреву структуры, а в некоторых случаях даже к пробою. Поэтому так
важно знать, при каких значениях ускоряющего поля он образуется, и в
каких областях резонатора. На рис.1 приведена конструкция данного
резонатора.[1] Выявлены опасные уровни напряженности ускоряющего
поля и области подверженные мультипакторному разряду с учетом
влияния обработки материала при подготовке резонатора (разрядная
обработка, обработка водой и обжиг при 300°C).
Моделирование было проведено с помощью программы CST STUDIO
SUITE и MultP-STL [2]. Целью работы являлось определение опасных
уровней напряженности электрического поля, при которых образуются
стабильные мультипакторные траектории и выявление опасных участков
структуры, где возможно возникновение мультипакторного разряда.
В коаксиальной области резонатора обнаружены стабильные
мультипакторные траектории в диапазоне значений ускоряющего поля от
5,74 кВ/м до 6,15, которые выдерживают более 200 ВЧ периодов. 1 ВЧ
период = 9,4 нс. Также в коаксиальной области обнаружены
мультипакторные траектории, носящие сползающий характер, со
значениями ускоряющего поля 10,66 кВ/м. В области пролетных трубок и
ускоряющего зазора в диапазоне уровня ускоряющего поля от 2,05 до 2,87
кВ/м образуются мультипакторные траектории, которые затухают менее
чем за 10 ВЧ периодов. В области дна резонатора наблюдаются
стабильные траектории при уровнях ускоряющего поля 35,67 кВ/м, 26,24
кВ/м, 26,25 кВ/м, 12,3 кВ/м, 9,02 кВ/м. Представленные результаты
приведены
для
резонатора,
обработанного
водой.
Примеры
мультипакторных траекторий в указанных областях приведены на рис.2.
Рис. 1. Геометрия четвертьволнового резонатора.
Полученные результаты носят оценочный характер и требуют
уточнения при расчете с большим разбиением сетки, как при расчете
электромагнитных полей, так и более частый шаг по полю при
моделировании разряда.
а)
б)
в)
Рис. 2. Мультипакторные траектории: а) в ускоряющем зазоре – 2,87 кВ/м; б) на
дне резонатора – 35,67 кВ/м; в) в коаксиальной части – 6,15 кВ/м.
Список литературы
1. R.E. Laxdal, I. Bylinskii, K. Fong et al, “RF cavity performance and RF infrastructure for the
ISAC-II superconducting linac”, of LINAC 2006, Knoxville, Tennesse
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