Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL

Представлены результаты разработки диэлектрической структуры для планируемых в Argonne National Laboratory экспериментов по двухпучковому ускорению. Исследуемая структура - прямоугольный волновод с тремя диэлектрическими пластинами и двумя вакуумными каналами для возбуждающего и ускоряющего сгустко...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2008
Hauptverfasser: Сотников, Г.В., Онищенко, И.Н., Хиршфилд, Д.Л., Маршалл, Т.К.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2008
Schriftenreihe:Вопросы атомной науки и техники
Schlagworte:
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111402
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL / Г.В. Сотников, И.Н. Онищенко, Д.Л. Хиршфилд, Т.К. Маршалл // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 148-152. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-111402
record_format dspace
spelling irk-123456789-1114022017-01-10T03:05:14Z Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL Сотников, Г.В. Онищенко, И.Н. Хиршфилд, Д.Л. Маршалл, Т.К. Новые методы ускорения, сильноточные пучки Представлены результаты разработки диэлектрической структуры для планируемых в Argonne National Laboratory экспериментов по двухпучковому ускорению. Исследуемая структура - прямоугольный волновод с тремя диэлектрическими пластинами и двумя вакуумными каналами для возбуждающего и ускоряющего сгустков. Цель оптимизации параметров - получить необходимую рабочую частоту и моду колебаний, симметричное в вакуумных каналах поперечное распределение поля, большое значение коэффициента трансформации и высокий ускоряющий градиент. Оптимизация выполнена для диэлектрических пластин из кордиерита. Представлено результати розробки діелектричної структури для експериментів по.двохпучковому прискоренню в ANL. Досліджувана структура - прямокутний хвилевід із трьома діелектричними пластинами й двома вакуумними каналами. В результаті оптимізації одержані необхідні частота й мода коливань збуджуваного поля, симетричний у вакуумних каналах поперечний розподіл поля, велике значення коефіцієнта трансформації й високе значення прискорювального поля. Results of elaboration of dielectric structure for ANL experiments on two beam acceleration are presented. Investigated structure is rectangular waveguide having three dielectric plates and two vacuum channels for exciting and accelerated bunches. The goal of optimization of parameters is to obtain necessary frequency and mode of excited wave, symmetrical cross distribution of wakefield through vacuum channels, great transformation ratio and high accelerating gradient. 2008 Article Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL / Г.В. Сотников, И.Н. Онищенко, Д.Л. Хиршфилд, Т.К. Маршалл // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 148-152. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111402 621.384.6 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Новые методы ускорения, сильноточные пучки
Новые методы ускорения, сильноточные пучки
spellingShingle Новые методы ускорения, сильноточные пучки
Новые методы ускорения, сильноточные пучки
Сотников, Г.В.
Онищенко, И.Н.
Хиршфилд, Д.Л.
Маршалл, Т.К.
Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL
Вопросы атомной науки и техники
description Представлены результаты разработки диэлектрической структуры для планируемых в Argonne National Laboratory экспериментов по двухпучковому ускорению. Исследуемая структура - прямоугольный волновод с тремя диэлектрическими пластинами и двумя вакуумными каналами для возбуждающего и ускоряющего сгустков. Цель оптимизации параметров - получить необходимую рабочую частоту и моду колебаний, симметричное в вакуумных каналах поперечное распределение поля, большое значение коэффициента трансформации и высокий ускоряющий градиент. Оптимизация выполнена для диэлектрических пластин из кордиерита.
format Article
author Сотников, Г.В.
Онищенко, И.Н.
Хиршфилд, Д.Л.
Маршалл, Т.К.
author_facet Сотников, Г.В.
Онищенко, И.Н.
Хиршфилд, Д.Л.
Маршалл, Т.К.
author_sort Сотников, Г.В.
title Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL
title_short Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL
title_full Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL
title_fullStr Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL
title_full_unstemmed Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL
title_sort пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в anl
publisher Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate 2008
topic_facet Новые методы ускорения, сильноточные пучки
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111402
citation_txt Пятизонная двухканальная кильватерная диэлектрическая структура для экспериментов по двухпучковому ускорению в ANL / Г.В. Сотников, И.Н. Онищенко, Д.Л. Хиршфилд, Т.К. Маршалл // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 148-152. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv AT sotnikovgv pâtizonnaâdvuhkanalʹnaâkilʹvaternaâdiélektričeskaâstrukturadlâéksperimentovpodvuhpučkovomuuskoreniûvanl
AT oniŝenkoin pâtizonnaâdvuhkanalʹnaâkilʹvaternaâdiélektričeskaâstrukturadlâéksperimentovpodvuhpučkovomuuskoreniûvanl
AT hiršfilddl pâtizonnaâdvuhkanalʹnaâkilʹvaternaâdiélektričeskaâstrukturadlâéksperimentovpodvuhpučkovomuuskoreniûvanl
AT maršalltk pâtizonnaâdvuhkanalʹnaâkilʹvaternaâdiélektričeskaâstrukturadlâéksperimentovpodvuhpučkovomuuskoreniûvanl
first_indexed 2025-07-08T02:07:30Z
last_indexed 2025-07-08T02:07:30Z
_version_ 1837042724643012608
fulltext ____________________________________________________________ PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 3. Series: Nuclear Physics Investigations (49), p.148-152. 148 УДК 621.384.6 ПЯТИЗОННАЯ ДВУХКАНАЛЬНАЯ КИЛЬВАТЕРНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ДВУХПУЧКОВОМУ УСКОРЕНИЮ В ANL Г.В. Сотников1, И.Н. Онищенко1, Дж.Л. Хиршфилд2,3, Т.К. Маршалл2,4 1ННЦ «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина 2Omega-P, Inc., 199 Whitney Avenue, New Haven Connecticut 06511, USA 3Department of Physics, Yale University, New Haven, Connecticut 06520, USA 4Department of Applied Physics, Columbia University, New York City 10027 USA E-mail: sotnikov@kipt.kharkov.ua Представлены результаты разработки диэлектрической структуры для планируемых в Argonne National La- boratory экспериментов по двухпучковому ускорению. Исследуемая структура - прямоугольный волновод с тремя диэлектрическими пластинами и двумя вакуумными каналами для возбуждающего и ускоряющего сгу- стков. Цель оптимизации параметров - получить необходимую рабочую частоту и моду колебаний, симмет- ричное в вакуумных каналах поперечное распределение поля, большое значение коэффициента трансформа- ции и высокий ускоряющий градиент. Оптимизация выполнена для диэлектрических пластин из кордиерита. 1. ВВЕДЕНИЕ Ускорение заряженных частиц кильватерными полями, возбуждаемыми сгустком или последова- тельностью сгустков, принадлежит к двухпучковым схемам ускорения. Двухпучковые схемы ускорения предложены достаточно давно, хорошо изучены теоретически, в настоящее время один ускоритель- ный проект (не использующий кильватерные поля) - CLIC в Церне - находится в стадии интенсивной ин- женерной и экспериментальной разработки. В стадии меньшей интенсивности находятся исследования ус- корения с помощью кильватерных полей, возбуждае- мых в диэлектрических структурах. Но, как показали уже проведенные теоретические и эксперименталь- ные исследования, темп ускорения может быть суще- ственно выше, чем в существующих ускорителях, и диэлектрические структуры могут быть использова- ны в будущих мульти-ТэВ коллайдерах. Исторически большинство исследований по кильватерным полям в диэлектрических структурах выполнено для цилиндрических конфигураций. В последнее время значительный интерес проявляется к планарным [1-7] и прямоугольным конфигурациям диэлектрических структур [8,9]. Это вызвано их следующими преимуществами: − простота изготовления; − легкая настройка рабочей частоты посредством подгонки металлических стенок волновода, сво- бодных от диэлектрика; − для данной частоты и ускоряющего напряжения они могут запасать энергии больше, чем цилинд- рические конфигурации, что приводит к умень- шению пучковой нагрузки [7]; − дополнительная внутренняя фокусировка − структура поперечных сил, действующих на электронный пучок, подобна имеющейся при квадрупольной фокусировке [1,3,8]; − возможность реализации многомодового режима возбуждения, приводящая к значительному уве- личению амплитуды кильватерного поля [2,7]. Рассмотренные в [1-9] диэлектрические структу- ры являются трехзонными (планарные отличаются от прямоугольных тем, что размер в одном из попе- речных направлений существенно больше размера в другом направлении), т.е. имеется две диэлектри- ческие пластины и один вакуумный канал. Недавно предложена пятизонная диэлектрическая структура [10] с двумя вакуумными каналами, один - для ве- дущих сгустков, второй – для ускоряемого сгустка. Она имеет дополнительные достоинства: − гибкость в получении необходимого коэффици- ента трансформации между каналами; − возможность простой технической реализации подавления возбуждаемых нежелательных мод, например, посредством аксиальных щелей; − непрерывная и независимая вакуумная откачка вакуумных каналов через невозмущающие акси- альные щели. Теоретические исследования и численное моде- лирование пятизонных диэлектрических структур [10,11] показали перспективность их как секций бу- дущего кильватерного ускорителя. C целью провер- ки основных принципов такого ускорителя, в осо- бенности, возможности получения больших коэф- фициентов трансформации и больших напряженно- стей ускоряющего поля, на базе ускорительного комплекса ANL, будет проведена серия эксперимен- тов. Имеющееся в ANL оборудование позволяет получать одиночные сгустки с энергией 14 МэВ и зарядом 1…100 нКл и последовательности из 64 сгустков, каждый с зарядом 50 нКл. Ниже приве- дены результаты расчета и оптимизации диэлектри- ческих структур, служащих для возбуждения в них рабочей моды типа 31LSM . Именно эта мода обес- печивает симметричную поперечную структуру по- ля в вакуумных каналах и большое значение коэф- фициента трансформации. 149 2. ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ Пятизонную диэлектрическую структуру можно представить как частный случай ( 1 2ε ε= ) шестизон- ной, поперечное сечение которой показано на Рис.1. А шестизонную диэлектрическую структуру можно условно разбить на две симметричные трехзонные структуры, каждая из которых имеет диэлектриче- ские пластины одинаковой толщины. Известно [12,13,3,7], что собственные волны трехзонной ди- электрической структуры можно представить в виде суперпозии нечетных LSM- и LSE-мод и четных LSM- и LSE-мод. Нечетные моды имеют симмет- ричное в перпендикулярном к пластинам направле- нии распределение продольного электрического поля zE , обращающееся в ноль на внешних грани- цах диэлектрических пластин. Поэтому, если на Рис.1 на границе между двумя диэлектриками ус- ловно ввести металлическую стенку, то она не ока- жет возмущения на симметричные волны, которые и представляют интерес для расчета ускорительной структуры. Простейшей волной в шестизонной структуре, имеющей указанные свойства, является LSM31. Рис.1. Поперечное сечение структуры Приведенные рассуждения являются отправной точкой для выбора размеров структуры. Другой важный момент – если мы хотим получить большой коэффициент трансформации между каналами уско- рения и возбуждения, размер канала, в котором рас- пространяется ведущий сгусток, должен быть зна- чительно больше, чем ускорительный канал. Собственные частоты многозонной диэлектриче- ской структуры, возбуждаемые электронным сгуст- ком, будем определять из дисперсионных уравнений для LSM- и LSE-волн [13,14]. Компактная форма этих уравнений [15] для LSM-волн имеет вид 1 1 2 1 1 1 1 21 cos sin ,cos 0, sin N x NN x N x x i Nx i x N N k w k k w k w S k k wε ε − ≥ = ⎞⎛ ⎞⎛ ⎞⎛ ⎟⎜ =⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∏ (1) и для LSE волн имеет вид 1 2 1 11 1 11 2 sin cos , sin 0, cos NNN x NN xx x i i Nx x N k w kk w k w T k k w μ μ − ≥ = ⎞⎛ −⎞⎛ ⎞⎛ ⎟⎜− =⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∏ (2) где матрица cos sin sin cos i ii x i x ii x i i i ix x i x i i k w k w k S k k w k w ε ε ⎞⎛ − ⎟⎜ ⎟⎜≡ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎝ ⎠ , и матрица cos sin sin cos i ii x i x ii x i i i ix x i x i i k w k w k T k k w k w μ μ ⎞⎛ − ⎟⎜ ⎟⎜≡ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎝ ⎠ , 2 2 2 2 2 0 0( ) ( 1) /i x i i mn ynk v kβ ε μ ω= − − ; /(2 )ynk n dπ= ; mnω - искомые собственные частоты; 0 0 /v cβ = ; 0v - ско- рость сгустка; , ,i i iwε μ - диэлектрическая и магнит- ная проницаемость, ширина i -й зоны (1 i N≤ ≤ ). Для получения выражений для кильватерного поля будем исходить из уравнений для поперечных к диэлектрическим пластинам компонент электро- магнитного поля: ( ) 2 2 2 02 2 1 ( 1) 4 ,x x x E EE x x y s x ρε β εμ π ε ε ∂ ∂∂ ∂ ∂ ⎞⎛+ − − = ⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ⎝ ⎠ (3) ( ) 2 2 2 02 2 1 ( 1) 4x x z x H H jH x x y s y μ β εμ π μ ∂ ∂ ∂∂ ∂ + − − = − ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ , (4) где ρ − плотность заряда; 0zj vρ= - плотность тока сгустка, движущегося равномерно и прямолинейно вдоль оси z ; 0s v t z= − ; проницаемости ε и μ предполагаются зависящими от x . Уравнение (3) определяет возбуждение LSM- волн, а уравнение (4) – LSE-волн. Решения этих уравнений для точечного сгустка с зарядом Q и на- чальным положением в точке 0 0 0, ,x y z имеют вид: [ ] 0 , 0 0 02 0 0 4 sin ( )sin ( ) ( )1 ( ) ( ) ( ), ( ) || || x yn yn m n xmn xmn mn xmn QE k y d k y d dw E x x E x s z x x E π ε ψ ε ⊥ = + + ∂ × + ∂ ∑ (5) 0 0 , 0 0 02 4 sin ( ) cos ( ) ( ) ( ) ( ) ( ). || || x yn yn yn m n xmn xmn mn xmn QH k k y d k y d dw H x x H x s z H π β μ ψ⊥ = + + × + ∑ (6) где: 2 0 0 0 0 2 sin( / ) ( ) / , если 0 ( ) , exp( | | / ) / | |, иначе mn mn mn mn mn mn v s v s s v s v ω θ ω ω ψ ω ω⊥ ⎧− >⎪= ⎨ −⎪⎩ 2 2 2 0 0 2|| || ( 1) w xmn xmnE dx E w β εμ ε= −∫ , 2 2 2 0 0 2|| || ( 1) w xmn xmnH dx H w β εμ μ= −∫ , 1 N i i w w = = ∑ - ширина волновода, ( ) ( )i xmn xmnE x e x= и ( ) ( )i xmn xmnH x h x= 1( )i ia x a− ≤ ≤ - собственные функции, определенные кусочным образом в каж- дой зоне, 1ia − - левая, ia - правая граница i -й зоны. Функции ( )i xmne x задаются выражениями (35)-(36) работы [14], а ( )i xmnh x имеют вид: 150 1 (cos ( ), sin ( ) ,i i i ii xmn x i x ii i x h k a x k a x k μ ξ μ ⎞⎛ = − − − ⎟⎜ ⎝ ⎠ (7) 1 1 1 sin (1 2), sin cos sin 0 , . 1sin sin cos NN NN x NNi x xj N j i N x N x N NN N N x NNN Nx x x N N N x N x N x N k w kkT i N k a k w k w k kk k a k a k w μ ξ μ ξ ξ − = + − ⎞⎛ −⎞⎛ ⎟⎜= ≤ ≤ −⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎞⎛− ⎞⎛⎟⎜= = ⎟⎜⎟⎜ ⎝ ⎠⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∏ Другие компоненты электромагнитного поля вы- ражаются через xE и xH из оставшихся уравнений Максвелла. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ Будем считать, что заряд сгустка прямоугольной формы равномерно распределен по его объему. Кильватерное поле сгустка конечных размеров по- лучается суммированием полей точечных зарядов, деленных на объем сгустка. Для численных расчетов будем использовать па- раметры сгустка, имеющиеся в ANL. В табл.1 и на Рис.2-7 приведены результаты оптимизации струк- туры с целью возбуждения в ней моды LSM31.. Таблица 1. Параметры сгустка и ускорительной структуры для ANL экспериментов Частота LSM31-моды 80.003 ГГц Ширина ускорительного канала 2aac 2.0 мм Ширина канала возбуждения 2adr 10 мм Высота структуры 2d 8 мм Отношение максимумов полей в ускорительном и ведущем каналах 5,7 Коэффициент трансформации ~8:1 Толщина 1-й пластины (Cordierite) 0.343 мм Толщина 2-й пластины (Cordierite) 0.513 мм Толщина 3-й пластины (Cordierite) 0.181 мм Диэлектрическая проницаемость, ε 4.0 Размеры сгустка b b bx y z× × : 1,8х1,8х1,5 мм Энергия ведущего сгустка 14 MэВ Заряд ведущего сгустка 50 нКл Число ведущих сгустков 1 Положение центра ведущего сгустка 7,856 мм На Рис.2 показано поперечное распределение продольного электрического поля в рассчитанной 5- зонной структуре. Распределение полей первых пя- ти LSM и LSE мод построено в точках соответст- вующих продольных максимумов. Видно, что мода LSM31 имеет наибольшую амплитуду в ускоритель- ном канале и отношение амплитуд в центрах уско- рительного и ведущего канала равно 5,7. Из пара- зитных мод наибольшей амплитудой обладает мода LSE11 с максимумом на второй диэлектрической пластине ~ 22 МВ/м и несимметричная мода LSM21, которая вблизи третьей пластины имеет напряжен- ность ~30 МВ/м. Продольное распределение акси- ального электрического поля, вычисленное в центре ускорительного канала и в центе канала транспор- тировки ведущего сгустка, представлено на Рис.3. Рис. 2. Поперечный профиль продольного электри- ческого поля LSM- и LSE-мод, частоты которых приведены в верхних частях графиков. Заштрихо- ванные области – диэлектрические пластины Рис.3. Продольный профиль аксиального электри- ческого поля моды LSM31 (вверху) и полного поля (внизу) в ускорительном и ведущем каналах Коэффициент трансформации, вычисленный для рабочей моды колебаний как отношение макси- мального ускоряющего поля к максимуму тормозя- 151 щего поля в сгустке, max 10.9R = . Возбуждаемые паразитные моды увеличивают максимум ускоряю- щего поля, но уменьшают коэффициент трансфор- мации. Однако, даже если их специально не подав- лять, он остается достаточно большим, max 4.8R = . Для подавления паразитных мод можно исполь- зовать несколько способов. Один из них заключает- ся в использовании цепочки сгустков с периодом следования bL , равным периоду рабочей моды. Мощность, сосредоточенная в каждой из возбуж- даемых мод колебаний, зависит от количества сгу- стков по следующему закону 2 2sin ( ) / sin ( ) rad mn b mn mnP N ξ ξ , (8) /mn b mnLξ π λ= , 02 /mn mnvλ π ω= , bL - период следо- вания сгустков. Из (8) следует, что мощность резо- нансных мод колебаний пропорциональна квадрату числа сгустков. Нерезонансные моды будут усили- ваться в меньшей степени или подавляться. В табл.2 приведен результат интерференции кильватерного поля от трех сгустков. Для сравнения приведена спектральная мощность, излучаемая одиночным сгустком. Наибольшая спектральная мощность из- лучения одиночного сгустка сосредоточена в модах (в спадающем порядке) LSM31, LSE11, LSM21, LSM11. Но только две из них LSM31 и LSM21 усиливаются последовательностью из трех сгустков. Мода LSM31 усилилась в 9 раз, а LSM21 усилилась в 8,9 раза. Та- ким образом, подавить моду, используя цепочку сгустков, не удается. Это связано с тем, что ее час- тота близка к частоте рабочей моды колебаний LSM31. Таблица 2. Спектральная мощность излучения трех идентичных сгустков, следующих с периодом LSM31-моды. Заряд каждого сгустка -50 нКл, энергия -14 MэВ Мода Частота, ГГц Мощность, МВт Nb=3 Nb=1 LSM11 45.605 9.2 14.1 LSM21 78.295 170.3 19.15 LSM31 80.003 273.8 30.42 LSM41 196.616 0.0016 0.002 LSM51 272.063 0.0027 0.007 LSE11 37.937 20.4 21.51 LSE21 135.775 0.0017 0.014 LSE31 177.964 0.055 0.032 LSE41 246.452 0.637 0.084 LSE51 342.291 0.003 0.008 Подавить возбуждение моды LSM21 можно сме- щением ведущего сгустка от центра в точку, где ак- сиальное поле этой моды проходит через ноль (см. Рис.2). На Рис.4 приведено продольное распределе- ние аксиального электрического поля в случае, когда ведущий сгусток расположен в точке 0,6drx = см. Смещение ведущего сгустка привело к возрастанию ускоряющего поля более чем в два раза, по сравне- нию с положением ведущего сгустка в центре веду- щего канала (ср. с Рис.3), ~ 80 MВ/мzE . Но при этом, несколько упал коэффициент трансформации, если его вычислять, как и прежде, max 4R ≈ . Если вы- числять коэффициент трансформации как среднее ускоряющее к среднему тормозящему полю, то при помещении ускоряемого сгустка на расстоянии 4.4 мм от головы ведущего сгустка, это даст ~ 8 :1R . Анализ спектральной мощности излучения показал, что в этом случае возбуждаются только три моды: LSE11 (95,2 MВт), LSM11 (64,5 MВт) и LSM31 (51,5 MВт); мощность остальных мод более чем на три порядка ниже, а мода LSM21 вообще не возбуж- дается. Рис.4. Продольный профиль полного аксиального электрического поля в центрах ускорительного и ведущего каналов. Как и на Рис.2 учтены те же пять LSM- и пять LSE-мод Полученное высокое значение ускоряющего по- ля и подавление паразитной моды LSM21 позволяет рассматривать вариант со смещенным от центра ведущим сгустком в качестве кандидата для экспе- риментов в ANL. Но смещение сгустка от центра приводит к увеличению поперечных сил и, таким образом, к ухудшению транспортировки пучка. По- этому следует оценить поперечное смещение веду- щего сгустка в этом случае. Рис.5. Распределение отклоняющей силы xF по по- перечному сечению сгустка в направлении, перпен- дикулярном диэлектрическим пластинам На Рис.5 приведено распределение отклоняющей силы, действующей на ''хвост'' сгустка, по попереч- ному сечению сгустка. Хотя отклоняющая сила со стороны рабочей моды мала, полная отклоняющая сила достаточно велика, в центре сгустка она равна 152 ~ 8 MэВ/м. При транспортировке сгустка с энергией 14 MэВ на расстояние 10 смzΔ = его поперечное смещение будет равно 2,7 ммxΔ = . Это - достаточ- ное смещение, чтобы его проверить эксперимен- тально и оно не является опасным. Но при транс- портировке на большие расстояния получающееся смещение сгустка необходимо устранять. ЛИТЕРАТУРА 1. A. Tremaine, J. Rosenzweig, P. Schoessow. Elec- tromagnetic wake fields and beam stability in slab- symmetric dielectric structures // Phys. Rev. E. 1997, v.56, №6, p.7204-7216. 2. T.B. Zhang, J.L. Hirshfield, T.C. Marshal, B. Hafizi. Stimulated dielectric wake-field accelerator //Phys. Rev. E. 1997, v.56, №4, p.4647-4655. 3. S.Y. Park, C. Wang, J.L. Hirshfield. Theory for Wake Fields and Bunch Stability in Planar Dielectric Structures // Advanced Accelerator Concept: Tenth Workshop, AIP Conference Proceedings 647(1), American Institute of Physics: New York. 2002, p.527-541. 4. T.C. Marshall, C. Wang, J.L. Hirshfield. Femtose- cond planar electron beam source for micron-scale dielectric wakefield accelerator// Phys. Rev. ST Ac- cel. Beams. 2001, v.4, №12, 121301(7). 5. T.C. Marshall, J-.M. Fang, J.L. Hirshfield, et. al. Wake fields excited in a micron-scale dielectric rec- tangular structure by a train of femtosecond bunches // Advanced Accelerator Concept: Ninth Workshop. AIP Conf. Proc. 647(1), American Institute of Phys- ics: New York, 2002, p.361-370. 6. C. Wang, J.L. Hirshfield, J-.M. Fang, T.C. Marshall. Strong wakefields generated by a train of femtose- cond bunches in a planar dielectric microstrucrure // Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2004, v.7, №5, 051301(11). 7. T.C. Marshall, I.N. Onishchenko, N.I. Onishchenko, G.V. Sotnikov. Mode-locking in a dielectric wake field resonator accelerator // Strong Microwaves in Plasma: VI Int. Workshop. Inst. of Appl. Phys. Rus. Ac. Sci., Nizhny Novgorod. 2006, v.1, p.277-282. 8. L. Xiao, W. Gai, X. Sun. Field analysis of dielectric- loaded recrtangular waveguide accelerating structure // Phys. Rev. E. 2001, v.65, №1, 016505(9). 9. T.C. Marshall, I.N. Onishchenko, G.V. Sotnikov. Comparative analysis of excitation of LSM and LSE waves by a bunch train in dielectric loaded rectangu- lar resonator // Problems of Atomic Science and Technology. Series “Plasma Physics” (12). 2006, №6, p.172-174. 10. C. Wang, V.P. Yakovlev, J.L. Hirshfield. Rectangu- lar dielectric-lined two-beam wakefield accelerator structure // Proc. PAC 2005. IEEE. 2005, p.1333- 1335. 11. C. Wang, V.P. Yakovlev, T.C. Marshall, et al. Rec- tangular dielectric-loaded structures for achieving high acceleration gradients // Advanced Accelerator Workshop. AIP Conf. Proc. 877, American Institute of Physics: New York, 2006, p.910-917. 12. L. Pincherle. Electromagnetic waves in metal tubes filled longitudinally with two dielectric // Phys.Rev. 1944, v.66, №5-6, p.118-130. 13. Ю.В. Егоров. Частично заполненные волноводы. М.: «Советское радио», 1967, с.216. 14. C. Wang, J.L. Hirshfield. Theory of wakefields in multizone dielectric lined waveguide // Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2006, v.9, №3, 031301(18). A FIVE-ZONE TWO-CHANNEL DIELECTRIC WAKEFIELD STRUCTURE FOR TWO BEAM ACCELERATION EXPERIMENTS AT ARGONNE NATIONAL LABORATORY G.V. Sotnikov, I.N. Onishchenko, J.L. Hirshfield, T.C. Marshall Results of elaboration of dielectric structure for ANL experiments on two beam acceleration are presented. In- vestigated structure is rectangular waveguide having three dielectric plates and two vacuum channels for exciting and accelerated bunches. The goal of optimization of parameters is to obtain necessary frequency and mode of ex- cited wave, symmetrical cross distribution of wakefield through vacuum channels, great transformation ratio and high accelerating gradient. П’ЯТИЗОННА ДВОКАНАЛЬНА КІЛЬВАТЕРНА ДІЕЛЕКТРИЧНА СТРУКТУРА ДЛЯ ЕКСПЕРИМЕНТІВ ПО ДВОХПУЧКОВОМУ ПРИСКОРЕННЮ В ANL Г.В. Сотніков, І.М. Оніщенко, Дж.Л. Хіршфілд, Т.К. Маршалл Представлено результати розробки діелектричної структури для експериментів по.двохпучковому прис- коренню в ANL. Досліджувана структура - прямокутний хвилевід із трьома діелектричними пластинами й двома вакуумними каналами. В результаті оптимізації одержані необхідні частота й мода коливань збуджу- ваного поля, симетричний у вакуумних каналах поперечний розподіл поля, велике значення коефіцієнта трансформації й високе значення прискорювального поля.