Способ измерения высокочастотных характеристик ускоряющих структур

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 7/ 0 ПИСАНИ деки Однакопределят ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОВ%ТЕНИЯМ И ОТЙРЫТИПРИ ГКНТ ССОф(71) Институт химической кинетикии горения СО АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРВР 1102178, кл. Н 05 Н 7/ОО, 1983(51) СПОСОЬ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСКОРЯОО 1 ИХ СТРУКТУР(57) Изобретение относится к СВЧ-технике, Цель изобретения - расширениеобласти применения. По известномуспособу измерения высокочастотныххарактеристик ускоряющих структурс использованием электронного зонда,согласно которому изменяют напряже"ние инжекции электронного пучка,Изобретение относится к СВЧ-технике и является усовершенствованием известного способа, описанного в ввт.св. СССР Р 1102 Ц 8 Щ . Оно может быть использовано при измерениИ характеристик ускоряющих структур переменного шага, обладающих отрицательной дисперсией.Известный способ для измерения высокочастотных характеристик ускоряющих структур заключается в изменении напряжения инжекции электронно. го пучка, проходящего через ускоряю" щую структуру При этом измеряют приращение ЬИ энергии электронов для различных значений напряжения инО, 1711349 2пропускаемого церез ускоряющую структуру, находят максимальное значение величины И/-1 Ргде Д 1 Р 1 - прираще" ние энергии Р - мощность высокочастотного сигнала, и затем рассчитывают высокочастотные характеристики структуры, в частности отношение амп" литуды ускоряющей гармоники электрицеского поля Е к величине Р. Для определения этой величины на конкретном локальном участке структуры необходимо.,:чтобы длительность высо- коцастотных импульсов, питающих ускоряющую структуру, выбиралась сог" ласно выражению Ф ( Ь(ЧР+Ч)/(Ч 11 ф кЧЕ), где 1, - длина ускоряющей структуры, м; ЧР - групповая скорость распространения СВЧ- мощности, м/с; Ч - скорость синхронных электроновепучка, усредненная по длине измеряемого участка структуры, м/с. жекции и при изменении мощности Р СВЧ-сигнала находят максимальное значение величины в . Затем по известУГрным аналитическим выражениям одре ляют высокочастотные характеристи в частности, отношение амплитуды ускоряющей гармоники электрического поля к квадратному корню из величины мощности - СВЧ-сигнала.Е этот способ позволялишь усредненное по д е структуры отношение, Для уско17113ряющих структур переменного шага, обладающих отрицательной дисперсией, например для структур, состоящих из множества спаянных ячеек, это усредненное значение может существенноЕотличаться от отношенияна локальных участках исследуемой структуры.Целью изобретения является расши рение области применения эа счет обеспечения возможности измеренияЕвеличинына любом локальном участ,рке ускоряющей структуры.15Для достижения цели по способу измерения высокочастотных характеристик ускоряющих структур, включающему пропускание через ускоряющую структуру электронного пучка, измерение приращения энергии ДЮ электронов при изменении мощности СВЧ"сигнала для различных значений напряжения инжекции, определение максимальЬИ25 ного значенияи нахождение ис"-Ркомцх параметров по известным аналитическим соотношениям, длительность лс, СВЧ-импульсов, питающих ускоряющую структуру, выбирают иэ условия30 л 1 Я +6у,2Р егде Ь - длина ускоряющей структуры;7 - групповая скорость распространения СВЧ-мощности;Ч - скорость синхронных электеронов пучка, усредненная фпо длине измеряемого участка структурыЗаявляемый способ отличается от изобретения по авт,св, СССР й 110248 тем, что питание ускоряющей структу ры осуществляется импульсами СВЧ" мощности соответствующей длительнос ти. Сравнение с другими известными способами, в частности с методом возмущений, показывает, что исследо вание ускоряющих секций длиной внесколько метров известным методом возмущений представляет существенные сложности из-.за провисания нити ь большой базе. Так, например, для нй ти с возмущающим телом общим весом 0,5 г, длиной 5 м при усилии натяжения 1 Н поовисание может достигать 4942,5 мм, что недопустимо для точныхизмерений высокочастотных характеристик ускоряющих структур и диаметромапертуры в несколько миллиметров,Использование методики измерениявеличиныпри помощи электронногопучка свободно от этого недостатка,присущего методу возмущений, а модуляция СВЧ-мощно"ти импульсами соответствующей длительности позволяет провести локалвное измерение этой величины в том или ином сечении ускоряющей структуры, Таким образом, заявляемое техническое решение соответст"вует критериям "новизна" и "существенные отличия".Физическая сущность способа сводится к следующему,В ускоряющей структуре переменного шага со взаимно встречным направлением частиц пучка и СВЧ-мощностидля каждого значения напряжения ин"жекчии, соответствующего значению за-медления фазовой скорости ускоряющейгармоники электрического поля, имеется ускоряющий участок, для котороговыполняется условие синхронизма влета частиц. Начало этого участка определяется значением напряжения инжекции, а его длина 1 - из выражениял 7 р 7 егр + Ч 6Отметим, что варьированйе напряжения инжекции пучка приводит к ска-нированию измеряемого ускоряющего участка по продольной координате вдоль ускоряющей структуры. Это позволяет провести зондирование структуры после сборки ее с точки зрения эффективности ускорения.Инжектируемый электронный .пучок поступает в пространство взаимодействия ускоряющей структуры, в котором импульсом мощности СВЧ"питания Формируется электрическое поле обратной волны. При равенстве скоростей электронов и Фазовой скорости ускоряющей гармоники электрического поля создаются оптимальнце условия для захвата частиц в режим ускорения в том сечении ускоряющей структуры, в котором вцполняется это равенство.При подаче на вход структуры РдиР электроны, находящиеся в окрестности максимума ускоряющей гармоники электрического поля, уско ряются синхронно в соответствии сувеличением фазовой скорости волныпо всей длине ускоряющего участка,Энергия, до которой ускоряются электроны, определяется длиной этогоучастка. В силу встрецности движенияв пны и электронов время взаимодействия й импульса СВЧ-мощности с пучком укорачивается по сравнению сдлительностью с. импульса на величину, определяемую выражением л Чгрй Ю (ещ 4Ч+ ЧеДлина 1 ускоряющего участка структуры определяется произведением 1 =Че,.и она не должна превышать длины всей ускоряющей структуры, Из неравенства 1( Ь следует ограничение, налагаемое на длительность импульса мощности СВЧ-питания сверху л Ч гр ЧеЧгр ЧЕ Известно, что, распространяясь в дисперсионней среде, волновой пакет расплывается по длительности с.По"4 этому длительность импульса ограничивается и снизу с с ,Ф ".Высокочастотную характеристикусогласно .заявляемому способу опре- ЕРделяют из выражения 1 Че+ Чгр,.р.ЧЕ Чгр факсускоряющей.гарморицеского гюля; ВЧ-сигнала ВЧ-сигнала, сощая максимальноде Е амплитуда ники элек мощность мощностьответствую Р асекир Ьначению.лприращение энергии элект.ронного пучка;полное затухание напряженности электрического поляот входа структуры до измеряемого ускоряющего;участка;заряд электрона,ение 6 Н энергии в структуляется методом запирающвгоа. Ускоренные электроны,ие зону торможения, региствторично-электронным умно" Я еПри ращ ре опредв потенциал пролетевш рируются11349жителем типа ВЭУ, соединенным свходом измерительного осциллографа.Приращение ЬИ энергии находится из5выражения И = еЖ - 11 н)к) е 3сЧ = уР игде с - скорость света;и г - замедление групповой скорости волны, определяемоепутем графического дифференцирования дисперсионнцххарактеристик резонансных 4 О макетов ускоряющей структуры. Скорость синхронных эл находится из выражения45 ронов тухание 06 изме ов, например м ким образом, иМГ отношения 3 тои ряется одним з етодом замещения аксимальнос знаи соответствую ч Е ошение ГР стка 1 уско щей длиной х значени входнолюбого ус е ему отн ряющей структу 1., достигаютсях напряженияСВЧ-мощности ряющего учабладаю при выбранн инжекции 11 д где 11 кд- напряжение инжекции пучка;0- напряженйе, при котором про.1 О исходит полное запираниепучка.При фиксированнцх значениях напряжения инжекции пучка и длительностиь, импульса подбором величины мощности .15СВЧ-питания находят Рир, при которой осуществляется максимальное от 6 ыношение --7Измерение .импульсной мощностиСВЧ-питания производится при помощидетекторной головки, откалиброваннойпо постоянной величине СВЧ-мощности.Найденное значение мощности Рскр 25 обеспецивает такие ускоряющие поляпо длине 1, при которых осуществляется синхронное ускОрение частиц, находящихся в окрестности максимума волны. Групповая скорость Чгг определяет ся из выражения25где Ь- длина ускоряющей структуры, м;Уг - групповая скорость распространения СВЧ-мощности, м/с; Уо - скорость синхронных электронов, и/с. 1 еу,в(-.-)в/м 49 т Е- , в/и 4 втт 6 , вивтО 1 вМ ай/с 11, тдб тере Рсанйр 1 мвтЪафил. б тт агате гете геи1,04 10. о,31,07. иР 0,301т 311 в 110 0,312 а а в1,33 7,42 100,55 1,381 У0 6 1,42 100,35 1 4410 75808300 7910 8680 й 33 8315 8401 8465 2080 2503 2546 2641 149 189 144 154 21 О 2 24 О 3250270 7 3 в 73,7 иге агатееаа егаге гагаттегагивета еее еа ветате ее Составитель В. КозлюкТехреду А, Кравчук . Корректор И, Самборская Редактор Т. Юрчикова Заказ 350 Тираж ПодписноеВНЫПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Иосква, 1-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат фПатент", г.ужгород, ув. Гагарина,101 Р 01,112 Р и длительности Ф импульса мощностй СВЧ-питания.Погрешность определениясклаГР дывается в основном из погрешности измерения импульсной мощности Р СВЧ- питания и замедления групповой ско" рости п,т . Мощность Р определяетсяпересчетом входной мощности Ровнер 10к входу рассматриваемого ускоряющего участка через затухание Ы электромагнитной волны. Входная мощность РРимпульса СВЧ-питания определяется йри помощи калиброванной детектор ной головки. Погрешность определения мощности. Р достигает 10. Погрешность определения замедления групповой скорости составляет 10-15. Полная. погЕрешность определения для ускоряющих участков структуры составляет 10-133.П р и м е р. Заявляемый способ был экспериментально проверен на ускоряющей структуре встречно-штырево-. го типа длиной Ь фс 0,7 м. Начальная энергия ускоряющеВ структуры 210 э 9, конечная 170, эВ. Длительность импульса мощности СВЧ-питания составляла 50 нс. Э8Результаты измерений представлены в таблице, Для сравнения приведена колонка с результатами измерений Е, полученными методом возмущеГ ЕООМ фний ЗД. Ив таблица видно, ито аеЕзультаты измерений, проведенныхГРфдвумя независимыми методами, совпадают в пределах погрешностей этих методов,Формула изобретенияСпособ измерения высокочастотных характеристик ускоряющих структур по авт.св. 8 1102178, о т л и ч а.ющ и й с я тем, что, с целью расшире" иия области применения, длительностьСВЧ-импульсов, питающих ускоряющую структуру, выбирают иэ условия