Способ определения электродинамических характеристик ускоряющих структур

(5 СТ НИЯ ЭЛЕКТРОДИНАИК УСКОРЯЮЩИХ СПОСОБ ОПРЕДСКИХ ХАРАКТЕРКТУР ускоритения " 7) Изобретение отн тельной технике. Цел упрощение способа. С ния заключается вится изоб исеев ество изобре то измеряют олебаний эл том во ССС 1983итуду акустических ов ускоряющей струречных сечениях ст твенно при токе пу токе 1 = 0 и по и анин аналитическим в разныхы соотктур рукт ме по роик и вет ускорителяэВ и ток69-3-117,1970. и иведвыраж ным вниям и рассчитывают парамструктуры. 4 ил. оряюще Изобретение от гельной технике и зовано для экспер ления электродина тик ускоряющих стр рых необходимо дл ющих структур и о тся к ускориет быть испольтального опредеских характерисур, знание кото- стройки ускоряеления режима их н й в м споараметров ускоысоком уровне я.н пре ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельстУ 1102478, кл. Н 05 Н 7/00Вальднер О.А. и др. Наси экспериментальное исследкоряющих секций линейногоэлектронов на энергию 60 М1 А;- Отчет НИР по теме ВГос,регистрация 9 6902109,работы.Непосредственному определению под лежит комплексный параметр нагрузки током при взаимодействии ультрарелятивистского сгруппированного пучка заряженных частиц с электромагнитным полем в ускоряющей структуре. Экспериментально определенная зависимость комплексного параметра нагрузки током от координаты вдоль продольной оси Е, в общем случае неоднородной ускоряющей структуры, позволяет .в каждом практическом случае получать детальную информацию о таких важных электродинамических характеристиках, какпоследовательное сопротивлехание, фазовая скорость бегяы электромагнитного поля,Цель изобретения - упрощ соба при измерении иряющих структур на вСВЧ-мощности.На Фиг. 1 приведен разрез неоднородной ускоряющей структуры, поясняющей разбиение структуры и выбор сечений 2 = 2, на фиг. 2 - фазовая диаграмма для комплексных амплитуд ,электромагнитных полей в сечении структуры 2 = 2; на фиг. 3 - блоксхема устройства, пригодного для реализации предлагаемого способа; на фиг. 4 - экспериментальные зависимости амплитуды акустических сигналов от угла фазовой расстройки ускорякщей структуры, из которых может быть определен модуль комплексного параметра нагрузкитоком5 14643Из (3) очевидно, что минимальноезначение А достигается при Вычисленное таким образом значение модуля комплексного параметра нагрузки током ускоряющей структуры само по себе является важной электродинамической характеристикой, кроме того, как показано вьппе, его производная позволяет определить соотношение между К и Ы, Ки отличие скоростей пучка и ускоряющей волны в структуре.Типичные зависимости приведены на фиг. 4.Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает возможность определения электродинамических характеристик в неоднородных ускоряющих структурах на каждом выбранном сечении структуры. Исключается необходимость технологического отключения ускоряющей структуры для оптимизации режима ускорения пучка посредством оценки приращения энергии пучка по внешнему, прерывающему пучок, датчику. Появляется возможность определения электродинамнческих характеристик в режиме сильноточного ускорения. Способ позволяет учитывать температурные неоднородности в каждом сечении ускоряющей структуры возникающие при работе на высоком уровне мощности. Появляется возможность существенно снизить трудоемкость и длительность процесса определения электродинамических характеристик и проводить процесс их оценки Ю м и е (4)5С другой стороны, А, = А,при такомМ" Ц что р + 2 соз(- Мц ) = О, (5)10 откуда, сопоставляя (4) и (5), полу- чают р(Ео) = соз( - Ч"). (6)115 Выражения (4) и (6) являются ключевыми для определения электродинамических характеристик ускоряющих структур по предлагаемому способу.Рассмотрим реализацию способа на 20 примере работы устройства (фиг. 3), в котором дополнительно решаются во- , просы механической установки пьезоэлектрических преобразователей на каждом из выбранных сечений структу ры и схемного выделения акустического сигнала от каждого сечения структуры для исключения влияния сигналовот соседних элементов.Способ осуществляется следующим 30образом.Импульс электромагнитных волн от возбуждающего генератора 1 поступает на импульсы СВЧ-усилитель 2, далее .по передающему волноводу 3 в группи рователь 4. Часть электромагнитных волн по передающему волноводу 5 через фазовращатели 6 и 7 поступает на другие импульсные СВЧ-усипители 8 и 9, а от них - по передающим валко водам 10 и 11 в ускоряющие структуры12 и 13 соответственно. Электромагнитная волна в ускоряющей структуре, отдав часть своей энергии на ускорение пучка 14, поглощающется в элемен тах структуры и вызывает в них акустические колебания, амплитуда которых измеряется пьезоэлектрическим преобразователем 15, укрепленным снаружи на поверхности данного элемента 50 структуры в сечении 2 = Е,.сигнал от которого после обработки блоком 16 поступает на регистратор 17.Для определения электродинамических характеристик ускоряющей структуры по предлагаемому способу сначала измеряют зависимость Ао аышитуды акустического сигнала в каждом 2 = Е из выбранных сечений структу 04 6ры при отключенном токе пучка /ш О/ 1 = О. Затем, при 10 фазированием поля внешнего генератора относительно поля, возбудаемого в структуре пучком, посредством фазовращателя добиваются оптимального условия ускорения пучка в структуре, что соответствует максимальному приращению энергии пучка при данном значении тока, фиксируют минимальное значение амплитуды А, акустического сигнала" ив каждом и-ом сечении структуры иотмечают угол фазовой расстройки М, при котором это условие выполняется. Далее, изменяя угол фазовой расстройки структуры, добиваются выполнения условия А = А и отмечают значел ьниеугла фазовой расстройки при выполнении этого условия. Наконец, определяют модуль комплексного параметра нагрузки током в каждом из выбранных сечений по формулам (4 " 6).на столько часто, насколько э то необходимо на работающем в режиме непрерывной эксплуатации ускорителе, например, с целью выяснения эволюции электрофизических свойств проводящей поверхности структуры, от качества которой сильно зависит затухание электромагнитного поля в структуре - это обстоятельство позволяет увели чить срок службы дорогостоящих ускоряющих структур посредством постоянного контроля состояния их проводя щих поверхностей, Значительная вели чина отношения скоростей распростра нения электромагнитных и звуковых волн определяет уникальную помехоза щищенность способа, что существеннодля установок, работающих при высоких уровнях электромагнитных помех. Для точных измерений исключается необходимость в строгой идентичности датчиков, поскольку независимо от их чувствительности, единообразия установки вдоль исследуемой структуры, ,которые неизбежно различны, измеренияя требуют лишь фиксации минимума сигнала и равенства двух сигналовна данном датчике, а это условие не зависит ни от чувствительности данного датчика, ни от взаимного подо бия установки этого датчика относительно остальных. Возможны некоторыеотличия характеристик трактов обработки для каждого датчика, не оказы вающие влияния на результаты измерения. При предлагаемом способе следует лишь точно определять разность углов фазовой расстройки.40Формула изобретенийСпособ определения электродинамических характеристик ускоряющих структур, заключающийся в возбуждении в структуре собственного поля пучка путем пропускания через нее пучка заряженных частиц и определении электродинамических характеристик ускоряющей структуры из аналитических соотношений, о т л и ч а ю щ и й с я 50 тем, что, с целью упрощения способа,.на высоком уровне СВЧ-мощности при заданном значении мощности внешнего генератора измеряют амплитуды акустических колебаний элементов ускоря- . 55 ющей структуры в разных и-х поперечных сечениях структуры ЕЕ;Аь(1 о Е) и А(11 Еы ч)й с 1 р- (агд - )62ЙЕ Р К(Е) "-4 -а й где А(Е)модуль комплексного параметра нагрузки током, Ом 2;продольная координата вдоль длины структуры, м;индекс сечения структуры, Е=Е,п=1 2, 3значение СВЧ-мощности внешнего генератора, Вт;при котором А , = А о рад;угол фазовой расстрой(о ки структуры М - при котором А , достигает1 минимального значения, рад; затухание в структуре, мсредняя скорость ускоряемых частиц в сгустке;фазовая скорость электромагнитной волны вструктуре; а 2) частота электромагнитного поля внешнего генератора, Гц,последовательное сопро тивление структуры, Ом/м, (2) соответственно при токе пучка 1 = 0 и при токе пучка 14 О, фиксируют значение угла фазовой расстройки структуры Цпри котором для то" ка пучка 1, амплитуда акустических колебаний элементов структуры минимальна, после чего определяют значение угла фазовой расстройки структу- ры сР , при котором Ао (1, Е, 1 ) =И= А (1 Е, м ) и по разности р - " определяют электродинамические характеристики структурь из соотношений с(Е )= жв(аф - ")К(Е) ехр Ы( )61= 2 -о1464304 А,1 р=О; Е 1= ХИ Х=4 ЕА Составитель Е, Громовва Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Пилипенко актор Л одпис но при ГКНТ СС изводственно-издательский комбинат патент", г. ужгород, ул. Гагарина,101 аказ 835/НИИПИ Гос Тираж 77 О рственного комитета и 113035, Иосква, Ж изобретениям и открытиям СР5, Рауаская наб., д. 4/5