Выпускная квалификационная работа студента Орлова...

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ОТКЛОНЯЮЩИХ СТРУКТУР ДЛЯ

МИНИМИЗАЦИИ ИСКАЖЕНИЙ, ВНОСИМЫХ В ШЕСТИМЕРНОЕ ФАЗОВОЕ

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТИЦ ПРИ ПОВОРОТЕ

СГУСТКОВ ЭЛЕКТРОНОВ.

Выпускная квалификационная работа студента Орлова П.В., 881 группа.МФТИ(ГУ), Факультет Проблем Физики и Энергетики.

Кафедра: Фундаментальные Взаимодействия и космология.Научный руководитель: д.ф.-м.н. Парамонов В.В.

Москва 2012

Содержание:

Введение Постановка задачи Детализация модели и методы решения Полученные результаты Сравнение с зарубежными аналогами Заключение

Введение

Периодические структуры с поперечной компонентой электромагнитного поля

Отклонение и разделение частиц в пространстве

Диагностирование и «гимнастика» пучка

Минимальные собственные искажения в первоначальное распределение частиц.

Рис.1 Pitz Deflettor.

Постановка задачи

Конкретная отклоняющая структура Вариации по толщине диафрагмы и радиусу апертуры Электродинамические характеристики Численное моделирование Критерий линейности поля

Рис.2 Рассматриваемая ОС

Детализация модели и методы решения

Использование CST MWS

Полученные данные

Использование MatlabR2011b

Характеристики системы: Частота ~ 2997.9e+06 Гц Фазовая скорость ~ 0.9957с Радиус апертуры – 13-28мм Толщина диафрагмы – 5.4; 8.1; 10.8; 16.2

мм.

Рис.3 Создание модели

Рис.4 Распределение Электрического поля Рис.5 Проекции полей на оси координат

Добротность

Полученные результаты

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 280.00E+00

2.00E+034.00E+03

6.00E+038.00E+03

1.00E+041.20E+04

1.40E+041.60E+04

1.80E+04

5,4

8,1

10,8

16,2

Q(Rap)

Рис.6 Плоскость зависимости добротности Q от радиуса апертуры и толщины диафрагмы

Рис. 7 Линии зависимости добротности Q от радиуса апертуры при различных толщинах диафрагм

Поперечное шунтовое сопротивление

Полученные результаты

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 280

5

10

15

20

25

30

5,4

8,1

10,8

16,2

Rsh(Rap)

Рис. 8 Плоскость зависимости поперечного шунтового сопротиления от радиуса апертуры и толщины диафрагмы Рис. 9 Линии зависимости поперечного шунтового

сопротивлени от радиуса апертуры при различных толщинах диафрагм

Отношение максимальной амплитуды напряженности Z-й компоненты электрического поля к отклоняющему Ed

Полученные результаты

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 280

2

4

6

8

10

12

5,48,1

10,816,2

Ez/Ed(Rap)

Рис. 10 Плоскость зависимости Ez/Ed от радиуса апертуры и толщины диафрагмы

Рис. 11 Линии зависимости Ez/Ed от радиуса апертуры при различных толщинах диафрагм

Групповая скорость

Полученные результаты

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

-0.0005

0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0025

5,48,110,816,2

Vgr(Rap)

Рис. 12 Плоскость зависимости групповой скорости от радиуса апертуры и толщины диафрагмы

Рис. 13 Линии зависимости групповой скорости от радиуса апертуры при различных толщинах диафрагм

Максимальное отклонение фазы Ed от линейности

Полученные результаты

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 280.00E+00

1.00E+01

2.00E+01

3.00E+01

4.00E+01

5.00E+01

6.00E+01

7.00E+01

8.00E+01

5,4

8,1

10,8

16,2

Max(Ф-kz)(Rap)

Рис. 14 Плоскость зависимости Max(Ф-kz) от радиуса апертуры и толщины диафрагмы Рис. 15 Линии зависимости Max(Ф-kz) от радиуса апертуры при

различных толщинах диафрагм

График зависимости радиуса апертуры от толщины диафрагмы при минимальном значении модуля групповой скорости, максимально приближенном к 0.

Полученные результаты

4 6 8 10 12 14 16 1817.5

18

18.5

19

19.5

20

20.5

21

21.5

22

22.5

Толщина Диафрагмы, mm

Рад

иус

Апе

ртур

ы,

mm

График максимального отклонения распределения фазы от линейного в зависимости от толщины диафрагмы структуры.

Полученные результаты

4 6 8 10 12 14 16 180

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Толщина Диафрагмы, mm

Max

(Ф-k

z),

deg

Сравнение с зарубежными аналогами

ANL deflecting cavity

Rap,mm Freq,MHz Dst,mm Q, E/EdRsh, MΩ/m Defl, deg Vgr

36,5 1292,73 20,88 2,14E+0

4

3,59 2,65 10,56 -1,19E-04

SPARC RF deflector

20 2847,83 9,5 1,52E+0

4

3,94 3,05 7,02 -1,50E-04

ТаблицаВЧ характеристики 2х зарубежных аналогов

4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

2

4

6

8

10

12

1.47E+00 1,81

7,02SPARC

2,843,45

10,56 ANL

Толщина Диафрагмы, mm

Max

(Ф-k

z),

deg

График сравнения зависимости максимального отклонения фазы Ed от толщины диафрагмы

Заключение

Получен и отлажен аппарат для моделирования ОС Вычислены ВЧ характеристики Используя данную структуру с толщиной диафрагмы

5,4 mm и радиусом апертуры 19 mm, получено минимальное отклонение от линейности 1,47 deg

2-5 раз меньшее искажение отклоняющего поля в сравнении с зарубежными аналогами