معرفی طرح طراحی و ساخت شتابگر خطی الکترون

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: