صفحه 1:
معرفی طرح
طراحی و ساخت شتابگر خطی الکترون
محمد لامعي رشتي
پژی هشگاه دانشهای بنیادی
دیماه 4990
صفحه 2:
شتابگر خطی چیست؟
- ذره باردار فقط یکبار از مسیری مستقیم عبور می کند و تحت
تاثیر میدان الکتریکی انرژی جنبشی آن افزایش می یابد.
- نیروی وارد بر ذره باردار در اثر میدان الکترومغناطیسی
بع )و يل
لهك ور اوح جح
9 ۱ سد
صفحه 3:
SE eee ee
1 ۲
- 9۰| مرك پچ
vat
2
>
ax
dt
صفحه 4:
چهار نوع ذرات
الکترون (پوزیترون)
پروتون و یونهای سبک
يون های سنگین
میون ها و ذرات ناپایدار
صفحه 5:
نواع شتابگرهای خطی
ده
رس
صفحه 6:
شتابگر خطی رادیوفر کانس
۰ شتاب با میدان الکترومغناطیسی متغیر در زمان» محدودیت
شتاب با میدان الکتریکی ثابت را از بين مى بريد.
۰ نخستین آزمایش توسط ۷۷06۲06 در سال 490
۰ اولین شتابگر خطی توسط 51010 و ۱۵۷۷۲۵۱6
در سال 490 در آزمایشگاه برکلی ساخته شد.
صفحه 7:
اصول کار شتابگر خطی الکترومغناطیسی
٠ RF power supply منبع alg امواج رادیوفرکانس
۰ کاواک که در آن امواج
الکترومغناطیس منتشر می
as Wave guide
شوند.
iPower coupler
ات
Cavity
۰ باریکه ذرات بادار که از
کاواک عبور می کند.
صفحه 8:
طراحی شتابگر خطی
٠ طراحی کاواک: دستیابی به میدان الکترومغناطیسی مناسب؛
کمینه کردن تلفات در جداره ها/ بیشینه کردن توان امواج
ذخیره شده در کاواک
* محاسبه دینامیک باریکه: کنترل زمان بین باریکه و موج
الکترومغناطیس؛ اطمینان از اینکه ذرات باردار هنگام
شتاب گرفتن» کمترین فضا را اشغال می کنند.
صفحه 9:
62۷1۲ 0۵۲۵۱6۵۲۵۲5-0
* average electric field (E, measured inV/m) is the
space average of the electric field along the
direction of propagation of the beam in a given
moment in time when F(t) is maximum.
15
=— [E(x=0, y=0,2d.
£ ee 7 <0, 22
* physically it gives a measure how much field is
available for acceleration
٠ it depends on the cavity shape, on the resonating
mode and on the frequency
صفحه 10:
cavity parameters-1
Shunt impedance ( Z measured in/m) is defined as
the ratio of the average electric field squared (EO ) to the
power per unit length dissipated on the wall surface.
BL وق aL
P ap
Physically it is a measure of well we concentrate the RF
power in the useful region . NOTICE that it is independent
of the field level and cavity lenght, it depends on the
cavity mode and geometry.
27
صفحه 11:
cavity parameters-2
Quality factor ( Q dimention-less) is defined as the
ratio between the stored energy and the power lost on
the wall in one RF cycle
_2a-f
=
Qis a function of the geometry and of the surface
resistance of the material
superconducting :Q= 10°
i + Q=104
Ber eee ee ae) : Q=10
70000۳2
صفحه 12:
cavity parameters-3
* filling time ( t measured in sec) has different
definition on the case of traveling or standing
wave.
+ TW : the time needed for the electromagnetic
energy to fill the cavity of length L
02
«ha ——
through the cavity
٠ SW: the time it takes for the field to decrease by
1/6 6 iy cavity has been filled
os نامیس
t=
4
صفحه 13:
cavity parameters-4
* transit time factor ( T, dimensionless) is defined as the
maximum energy gain of a particles traversing a cavity
over the average field of the cavity.
+ Write the field as
رز بیط 2 رز ملظ
* The energy gain of a particle entering the cavity on axis
at pha: ۳
صفحه 14:
modes in a resonant cavity
TM vs TE modes
types of structures
from a cavity to an accelerator
صفحه 15:
wave equation
* Maxwell equation for E and B field:
Oa ae lid:
Ss a - ج + بج + ج-
we WY ۵2 CO
In free space the electromagnetic fields are of the transverse *
electro magnetic,TEM, type: the electric and magnetic field
vectors are | to each other and to the direction of propagation.
Ina bounded medium (cavity) the solution of the equation must +
satisfy the boundary conditions :
E=0
E, =0
B, =0
صفحه 16:
TE or TM modes
* TE (=transverse electric) : the electric
field is perpendicular to the direction of
propagation. in a cylindrical cavity
TE
۰ TM (=transverse magnetic) :
field is perpendicular to the direction of
propagation
sn: azimuthal
m: radial
| longitudinal
component
sn: azimuthal
/ m: radial
f mi | longitudinal
‘component
صفحه 17:
wave equation
in cylindrical cos ites the solution for a TM wave can be
expreasedals)) 6" )
The function 6(6) is a trigonometric function with m azimuthal
perieds) the function R(r), is given with the Bessel رم of
,At the boundary ۲ لا دم of radius a), the condition for TM
waves is Ez = 0, jm (Krr) = 0 , and the first solution (lowest
frequency) is for the. 'M 01 wave, with Kra = 2.405 or Kr=
dispersion relation(iriks, iven, wave type and mode, the
frequency of ces é 0 ‘advance per unit length
صفحه 18:
wave equation
* consider one component of the wave equation and express the
solution as a product of functions like (travelling wave case)
o
مس فا ییوت - ظ
being the angular frequency and kz the phase advance per unit
length;
+ the phase velocity must be matched to the velocity of the particle
that needs to be accelerated. in empty cavities Vph > c so the waves
must be slowed down by loading the cavity with periodic obstacles.
5 7 disc loaded cavity. The
obstacles delimit cells,
and each cell is a
resonator, coupled to its
neighbours through the
central aperture
iris ۸
صفحه 19:
phase velocity /group
velocity
E, =ARNO(9)e هه
moving with the wave one can put (ot - kz z) =
2_¢ Vv, locity of th °
2 اح دح velocity of the wave
t k 3 phenomenon > c to
satisfy boundary
condition
the electromagnetic energy propagates with
the a smaller velocity, the group velocity,
i given by
vy
9 dk
صفحه 20:
wave equation
صفحه 21:
cavity modes
+ + 0-mode Zero-degree phase
shift from cell to cell, so fields
adjacent cells are in phase. Best
example is DTL.
+ 1-mode 180-degree phase shift
from cell to cell, so fields in
adjacent cells are out of phase.
Best example is multicel
superconducting cavities.
+ + 1/2 mode 90-degree phase shift
from cell to cell. In practice these
are biperiodic structures with two
kinds of cells, accelerating
cavities and coupling cavities. The
CCL operates in a n/2structure
mode. This is the preferred mode
for very long multicell cavities,
because of very good field
stability.
صفحه 22:
صفحه 23:
کاربردهای شتابگر خطی
صفحه 24:
صفحه 25:
صفحه 26:
رادیو گرافی صنعتی
صفحه 27:
ا شاك حك
1
8۳|
4
صفحه 28:
صفحه 29:
شتابگر خطی ایران
۰ انرژی الکترون 9-4 ۱۷6۷
wil ۳ : 20۷۷۷ توان ۰
100۲2 : تکرار پلس ها .566 ٩.6 : عرض پالس ٠
300001۳/2 فرکانس ۴ : حدود ٠
۰ شدت جریان: 470۸
۰ ساختار کاواک : 6۵۷16۷ ۱۵۵060 disk
۰ نوع شتابگر : ۲۷۷
صفحه 30:
Rev. Gri. Iewinn. BB, IOF (OSS); همم 20) :۰106099/0 10و
knPord Vid Brera Liwar Cbriva Brvelercior (Dok TM)
@. Chodorow, &. Lb. Gieatoa, 0. O. Wereen, R.b. GH, ®. @. Oral, ood 0. ۰ ۰
نواد سد
۵. 40۰ ججمصتصصحادنا مجصدديلا/ of Physics, GtoaPord Oaiversiy, GtoroPord, OdPorca
(Revewed © Devewber (OS#)
L BASIC DESIGN FEATURES
A. Introduction
‘HIS paper describes the design, construction, and
early tests of the high-energy linear electron
accelerator which has been constructed at Stanford
University.!
صفحه 31:
۳
af, wth tales be. se Beam pipe سيف
Foasiny magrass
تعداد سلولهای 15(21) : Buncher
تعداد سلولهای شتابدهنده :(69) ۰ 66
صفحه 32:
Linear Accelerator Project
Technical Design
24 Meeting of Irantan Linac Project, IST, Isfahan
29" Februavy 2004
Seadat Varnaseri
Institute for Theoretical Physics & Mathematics (IPM)
2P4 Meeting, 259" Februery 2004, ISUT, [alm سعدت ورناصري , يروزهش تلاهدة خليى
صفحه 33:
صفحه 34:
تفنگ الکترونی
٠ اترژی الکترونهای خروجی: 4510
٠ شدت جریان : 5۳0۸
۰ نوع گسیل الکترونها : گسیل ترمویونی
صفحه 35:
تفنگ الکترونی
صفحه 36:
ادامه تفنگ الکترونی ۱
dat eae ata | ین
صفحه 37:
صفحه 38:
صفحه 39:
جعبه حاوی ترانس های ایزوله
صفحه 40:
* نمای روبرو از منبع تغذیه * نمای رویرو از منبع تغذیه
صفحه 41:
صفحه 42:
ديد عا بالا
توليد 181 با فركانس قابل تنظيم در محدوده:
MHz 90000-400
تقویت تقویت امواج تا توان 216۷۷
تقويت امواج تا توان 201۷۷ برای تزریق درشتابگر
خی
صفحه 43:
تولید ۳۴ با فرکانس قابل تنظیم در محدوده:
MHz 3100-2900
3 eS
| Dual UA. | لب Coupler ae
aaa | | 12 2
» zw bO) Div.
+ 5 Radial هش
| | dual us. اس]ءهزونیوی لم ۳
aes
A) mater ins
۱ اه
سم لب [OO
> ود سل
isla:
— HI
صفحه 44:
تقویت امواج تا توان 21۷۷
Coupler
Radial Combiner 4:1
HPA Unit
Dual UA
لب #2
Dual UA
#3.
Dual UA
24
Dual UA
85
Radial Divider 1:4
Dual ua |_|
#1
RF Unit
35
I
صفحه 45:
صفحه 46:
تقوبت کننده اصلي (2۱۷۱۷۷)
صفحه 47:
کاواک شتابگر: طراحی
۱ نومه F = 3017.7941 Mis
JGHz Pillboe Cavity different desters,
صفحه 48:
میدان الکتریکی در محور کاواک
و (ستلاه
صفحه 49:
صفحه 50:
لاض براق ساحت كاوركة
صفحه 51:
صفحه 52:
هه
پاسخ کلواك شتابگر بر حسب فرکلنس.
AO’
8 8
‘ateavity (db)
8
8 6 8 8
8
am cep aa Ge GHD oMD GED amo GED GED
Gequeue (Oz)
صفحه 53:
کاواک ها
تصویری از کیفیت صافی سطح صفحات
we آماده سازی قطعات برای انجام آزمایش
صفحه 54:
1
زمايش كاواك ها
صفحه 55:
نمودار تغییر ضریب کیفیت کاواك بر حسب فشار
سس 10
0ةة"<ٍ 2 تت 21
“RODD +
ODD +
۹0107
5 un
9110
110
010
01
60
صفحه 56:
اندازه گيري فرکانس بر حسب دما و ضریب
کیفیت کاواك ها(0-8000)
صفحه 57:
صفحه 58:
صفحه 59: