ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности ускорения электронов из "Линейные ускорители " Особенности ускорения электронов по сравнению с тяжелыми частицами объясняются их малой массой покоя. Это приводит к тому, что электроны на коротком начальном участке линейного ускорителя быстро набирают скорость, величина которой приближается к скорости света в свободном пространстве. [c.19] Процесс ускорения в линейном ускорителе с диафрагмированным волноводом происходит следующим образом. Электроны редвари-тельно ускоренные в инжекторе, вводятся в начальную часть диафрагмированного волновода. При этом скорость инжектированных частиц меньше скорости света. При взаимодействии с ускоряющей волной внутри диафрагмированного волновода они не только ускоряются, но и группируются в отдельные сгустки. Такие сгустки электронов образуются в каждой волне электромагнитного поля и движутся вместе с ускоряющей волной вдоль волновода. Группировка в основном заканчивается при достижении частицами энергии 3 Мэе и соответственно скорости, достаточно близкой к скорости света. Таким образом, для начальной части ускорителя характерно возрастание скорости электронов от скорости инжекции до величины, близкой к скорости света, и группировка электронов в сгустки. [c.19] По смыслу происходящих процессов начальную часть ускоряющего волновода назовем волноводным группирователем. [c.19] Затем сгруппированные электроны поступают во вторую часть диафрагмированного волновода, где они ускоряются до требуемой энергии. Скорость электронов на выходе группирователя уже близка к скорости света, поэтому во второй части ускоряющего волновода электроны (а следовательно, и ускоряющая волна) практически не меняют свою скорость. Электронные сгустки в этой части ускорителя движутся почти в постоянных фазах электромагнитной волны. Вторую часть волновода назовем собственно ускорителем. [c.19] Указанное деление относится ко всем линейным ускорителям электронов независимо от того, разделены конструкционно или нет две названные части. [c.19] Пространственная траектория движения электронов при ускорении представляет собой спираль с неравномерным шагом и непостоянным диаметром. Исследование пространственного движения электронов с учетом радиальной и азимутальной компонент скорости является весьма сложной задачей. [c.20] Однако рассчитать продольное движение можно с достаточной для практики точностью и без учета движения частиц по радиусу и азимуту волновода, что и будет сделано в дальнейшем. При выводах соответственно не будем учитывать зависимость напряженности поля электромагнитной волны от радиуса. [c.20] Продольное движение электронов в ускоряющем волноводе удобно исследовать, используя уравнения движения в приведенном виде. [c.20] В связи с тем, что наибольший интерес представляет энергия, которую приобрела частица на некотором пути, целесообразно в уравнениях (1.2) и (1.15) перейти от переменной t к переменной г. [c.20] Рассмотрим динамику электронов в секции диафрагмированного волновода при условии, что фазовая скорость и напряженность поля ускоряющей волны в этой секции не меняются. [c.21] Здесь Н— константа интегрирования. [c.21] Полученная формула (2.7) связывает изменение фазы электрона относительно волны с изменением его скорости в процессе движения в поле волны. Движение при Рв С 1 может быть различным. В одном случае фаза электрона непрерывно увеличивается (или уменьшается), что соответствует скольжению частицы относительно волны с изменением фазы более чем на 2п. Соответственно изменяется и скорость электрона, и он все время отстает или опережает волну. [c.21] В другом случае электрон движется вместе с волной, совершая одновременно колебательное движение относительно волны. [c.21] Описанная картина может быть показана на плоскости импульс — фаза. Разным значениям в формуле (2.7) будут соответствовать различные фазовые траектории изображающих электроны точек. Эти кривые (для Рв 1) могут быть разомкнуты или замкнуты. Пример семейства фазовых траекторий приведен на рис. 3. [c.21] Интересно рассмотреть частицы, имеющие ту же фазу, но отличающиеся от равновесной частицы величиной импульса. [c.22] электрон достигнет скорости равновесной частицы, начнет догонять, а потом обгонит ее, и электрон сместится в область тормозящего поля, потеряет часть энергии и вновь отстанет от волны. Следовательно, электрон совершает фазовые колебания вокруг равновесной фазы л/2, при этом величина его импульса изменяется в небольших пределах около равновесного значения. Аналогичные фазовые колебания совершают и частицы, изображенные на фазовой плоскости точками с, к, е. Наконец, фазовое движение электрона, изображенного точкой Д попавшей на сепаратрису, имеет особый характер. [c.23] Частицы, изображающие точки которых обозначены на фазовой плоскости буквами g, к, обладают малым импульсом. Несмотря на ускоряющее действие волны, они не могут приобрести нужную скорость и все время отстают, скользя по фазе относительно волны. Величина импульса этих электронов колеблется около некоторого среднего значения, различного для каждой фазовой траектории. Частицы, соответствующие изображающим точкам /, к наоборот, вследствие большого импульса непрерывно обгоняют волну, причем их импульс также колеблется около некоторых средних значений. [c.23] Хотя фазовое движение частиц в ускорителях может быть описано известными уравнениями фазовых колебаний, использование уравнения фазовых колебаний при исследовании продольного движения частиц в линейных ускорителях электронов мало эффективно. Объясняется это довольно быстрым увеличением массы электрона при ускорении, что приводит к необходимости решения дифференциального уравнения фазовых колебаний с быстро изменяющимися коэффициентами. [c.23] Вернуться к основной статье