Moderne acceleratorers fysik og anvendelse Forelæsning 8a Linac’s Tak til Lars Præstegaard, som jeg har stjålet en del slides fra Linac’s: Indledning • LINAC: LINær Accelerator – Mange accelererende strukturer (kaviteter) på linje efter hinanden – Ønsker høj energitilvækst på kort afstand • Store accelererende gradienter => • Høj power => • Stor varmeafsættelse => • Pulseret – Injektor • f.eks. til synkrotron – Undgår at bøje beamet • Ingen dipol magneter – svært at lave dipol felter >~ 10 T • Ingen SR tab – Næste ”verdens største accelerator” bliver en Linac • ILC (International Linear Collider) – 1 TeV elektron accelerator, 50 km lang (superledende kavititer)
13
Embed
accfys 8a (48-2a) Linacs · Linac animation. Drift rørs Linac (Drift Tube Linac: Alvarez kavitet) • En (lang) kavitet der benyttes i en TM 010 mode – Dvs feltet svinger med samme
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Moderne acceleratorers fysik og anvendelseForelæsning 8a
Linac’s
Tak til Lars Præstegaard, som jeg har stjålet en del slides fra
Linac’s: Indledning
• LINAC: LINær Accelerator– Mange accelererende strukturer (kaviteter) på linje efter
hinanden– Ønsker høj energitilvækst på kort afstand
• Store accelererende gradienter =>• Høj power =>• Stor varmeafsættelse =>• Pulseret
– Injektor• f.eks. til synkrotron
– Undgår at bøje beamet• Ingen dipol magneter
– svært at lave dipol felter >~ 10 T
• Ingen SR tab
– Næste ”verdens største accelerator” bliver en Linac• ILC (International Linear Collider)
– 1 TeV elektron accelerator, 50 km lang (superledende kavititer)
• Kræver at bølgens hastighed er den samme som partiklens hastighed
Bølgeledere
• TM mode har longitudinalt elektrisk felt– Kan bruges til acceleration– Men problem med fasehastighed– Så tidligere at vph>c
Disk-loaded waveguide
• For at ”bremse” de elektromagnetiske bølger indfører man blænder
• Blænderne ændre dispersions-funktionen så både fasehastighedog gruppehastighed kan blive mindreend lysets hastighed
vph<c og vg<c
• Husk vph=ω/kz og vg=dω/dkz2
Dispersionsfunktionen
• For kz=0 (lz=∞) er bølgekomposanterne vinkelret på udbredelsen
• Derfor ingen ændringaf dispersionen
• Desto mere paralleldesto mereindflydelse
• Positiv interferens af reflektionerne vedkz*2L≈n*2π, n=1,2,3,.. (kz=n*π/L)
2
Indkobling af power
• Feltet fra en TE10 bølge i en tilkoblet bølgeleder ”passer”med feltet fra en TM01 bølge i vores disc-loaded struktur
Travelling wave (TW) acceleration
Resistivt tab i væggene + Energi overførelse til beamet⇒ Reduktion af mikrobølge effekten langs med disc-loaded bølgeleder:
Default.htm
Travelling wave acceleration
Travelling wave (TW) acceleration:Disk-loaded bølgeleder (nedbremsning af bølgen)Bølgen er synkron med beametInput af elektromagnetisk bølge i den første celleAbsorption af den overskydende effekt efter den sidste celle i en terminering
Partiklerne skydes ind langs aksen af dics-loaded bølgeleder
Modes
• Man kan kun have tabsfri udbredelse hvis blændeafstanden er lig et helt antal af den longitudinale bølgelængde
• π mode: kræver lang indsvingningstid• π/2 mode: lav gradient (lav energi
tilvækst• 2π/3 mode: godt kompromis
Shunt impedans
• På samme måde som for en kavitet kan vi definere en shunt impedans for en Linac
• Her er– r0: Shunt impedansen (per længde)– U: Den spændingsforskel en partikel ser over længden l– PRF: RF poweren– K er en korrektionsfaktor (~0.8)
• Shunt impedansen afhænger af geometrien
Travelling wave acceleration
• Konstant shunt impedans– Geometrien er konstant– Gradienten (accelerationsspændingen) ændrer sig
• da effekten bliver mindre hen igennem Linac’en
• Konstant gradient– Man ændrer shunt impedansen (f.eks. blændediameteren)
undervejs i strukturen, således at gradienten holdes konstant
Fremadskridende eller stående bølger
Stående bølge (SW) acceleration
SW acceleration med π mode:
Partikel i hver anden kavitet
Her er summen af de bølger nul
Biperiodisk struktur
0- and π-modes: Large energy gain
Large group velocityInsensitive to geometrical errorsSmall energy gain
π/2-mode:
π/2 mode
bi-periodic π/2 mode
coupling cavity(magnetic coupling)
Biperiodic π/2-mode SW accelerating structure:All advantages for 0, π/2, π-modes
Medicinsk elektron linac
Varian 600c biperiodic π/2-mode SW structure:
microwaves incoupling cavity
Normal cavity
TW acceleration: Choice of frequencyLow frequency:Large mechanical tolerancesLarge beam apertureWake fields ∝ ω2 (long.)/ω3 (transv.)Stored energy per unit length (∝ω-2)
High frequency:Efficient acceleration (Zs∝ω½)Higher threshold for breakdown