بررسي و تحليل عوامل مؤثر بر ديناميك باريكه الكترون در خوشهساز شتاب دهنده خطي الكترون

Evaluation and analysis of the factors influencing the electron beam dynamics through the buncher of LINAC

در اين مقاله اهميت خوشه ساز در شتابدهنده هاي خطي الكترون مورد بحث قرار گرفته و دو نوع خوشه ساز مدولاسيون سرعت و خوشهساز بارگذاري شده با صفحه، معرفي شده اند. بالاتر بودن ضريب خوشه سازي، بزرگتر بودن گستره فاز اوليه وكوچكتر بودن گستره فاز نهايي، موارد مطلوب در خوشه ساز بارگذاري شده با صفحه هستند. بررسي هاي انجام شده نشان مي دهند كه تغييرات مناسب شدت ميدان و سرعت فاز، دست يابي به اين موارد را امكان پذير مي سازند. عوامل موثر بر خوشه سازي الكترون ها با به كارگيري معادلات حاكم بر حركت آنها مورد بررسي قرار گرفته و ديناميك حركت الكترون در طول خوشه ساز، شبيه سازي شده است. نتايج حاصل از محاسبات و شبيه سازي نشان مي دهند؛ الف- براي اينكه الكترون ها بيشترين انرژي را دريافت كنند، بهترين شكل سرعت فاز، آن است كه پس از خوشه كردن الكترون ها، باعث رسيدن آنها به فاز ( 90 -) شود. ب-كاهش شدت ميدان اوليه نيز باعث افزايش گستره فاز اوليه مي شود و اگر شدت ميدان از ابتدا بزرگ باشد، تغييرات سرعت فاز نيز بزرگ خواهد بود و سريعاً به مقدار يك خواهد رسيد. در اين صورت گستره فاز اوليه كوچك خواهد شد. ج- ولتاژ تفنگ الكتروني اندازه اوليه سرعت فاز را تغيير مي دهد. افزايش ولتاژ تفنگ، زيادشدن گستره فاز اوليه را در برخواهد داشت و برعكس. طراحي و ساخت خوشه ساز مناسب براي اولين شتابدهنده خطي الكترون در حال ساخت در ايران براساس نتايج اين مقاله انجام شده است كه در بخش پاياني گزارش مي‌شود.

In this paper, the importance of the buncher in linear electron accelerators is discussed and two types of bunchers, velocity-modulation and disk-loaded, are introduced. Higher bunching factor, larger initial phase range, and smaller final phase range are favorable in the disk-loaded buncher. Our investigations showed that the aforementioned situations can be met by appropriate changes in the field strength and the phase velocity. In this study, factors affecting the bunching of electrons have been surveyed using the equations of electron motion. The dynamics of the electron movement through the buncher has been simulated. The results of simulation and calculations revealed that: (1) in order to deliver the maximum energy to the electrons, phase velocity should vary so that a phase of – 90 degrees is achieved by the electrons after the bunching, (2) reducing the initial field strength also increases the initial phase range. If the field strength is large from the beginning, the phase velocity variations will be large and rapidly reach a value of 1. In this case, the initial phase range will become small, (3) the electron gun voltage changes the initial phase the larger the value of the gun voltage, the wider the initial phase range, and vice versa. The result of this study is going to be applied for design and fabrication of the first Iranian linear accelerator that is under construction.