Photoinjector accelerating system for sub-mm high-power pulse source

Abstract

Generation of high-intensity sub-mm electromagnetic radiation can be performed by means of the scheme that implies generation of radiation by short monochromatic bunch of electrons which is traveling through dielectric or corrugated capillary. Short bunch of electrons can be obtained by using of a photoinjector. R&D of accelerating systems of S-band photoinjector and analysis of electron bunch dynamics in this system are declared. The aim of the work is to find optimal model providing large value of efficiency and magnitude of accelerating field with low RF power. Different structure's types are considered to achieve this aim, such as 1.6 cell disk-loaded waveguide (DLW) and 3 cells and 2 half-cells of DLW. Structure based on 7 cells and 2 half-cells of DLW and travelling wave resonator (TWR) based system are analyzed to consider the possibility of increasing the electrical strength of the system and decreasing of requirements to RF power source. Results of electrodynamics characteristics analysis of accelerating structures resonant models and structures with power ports are presented. Electron bunch dynamics study results are also discussed.

Для генерации мощного электромагнитного излучения терагерцового диапазона частот может быть использована схема, в которой излучение генерируется коротким монохроматическим сгустком электронов, пролетающим по диэлектрическому или гофрированному капилляру. Короткий сгусток электронов может быть сгенерирован с использованием фотоинжектора. В работе описывается разработка модели ускоряющей системы фотоинжектора десятисантиметрового диапазона частот для такого источника и проводится анализ динамики пучка электронов в такой структуре. Целью работы является разработка оптимальной модели, обеспечивающей максимальную эффективность и большую величину ускоряющего поля при минимальной мощности питания. Для этого были рассмотрены варианты ускоряющей системы, основанной на круглом диафрагмированном волноводе (КДВ) различных конфигураций: 1,6 ячейки КДВ, 3 целых ячейки и 2 полуячейки КДВ. Для рассмотрения возможности увеличения электрической прочности системы и снижения требований к источнику ВЧ-питания, рассмотрены модели с 7 целыми ячейками и 2 полуячейками КДВ и модель резонатора бегущей волны с 7 целыми ячейками и 2 полуячейками. Представлены результаты анализа электродинамических характеристик резонансных моделей ускоряющих структур и структур с вводами мощности. Приведены результаты исследования динамики пучка электронов в структурах.

Для генерації потужного електромагнітного випромінювання терагерцового діапазону частот може бути використана схема, в якій випромінювання генерується коротким монохроматичним згустком електронів, які пролітають по діелектричному або гофрованому капіляру. Короткий згусток електронів може бути згенерований з використанням фотоінжектора. У роботі описується розробка моделі прискорюючої системи фотоінжектора десятисантиметрового діапазону частот для такого джерела і проводиться аналіз динаміки пучка електронів у такій структурі. Метою роботи є розробка оптимальної моделі, що забезпечує максимальну ефективність і велику величину прискорюючого поля при мінімальній потужності живлення. Для цього були розглянуті варіанти прискорюючої системи, заснованої на круглому діафрагмованому хвилеводі (КДХ) різних конфігурацій: 1,6 комірки КДХ, 3 цілих комірки та 2 напівкомірки КДХ. Для розгляду можливості збільшення електричної міцності системи і зниження вимог до джерела ВЧ-живлення, розглянуті моделі з 7 цілими комірками і 2 напівкомірками КДХ і модель резонатора біглої хвилі з 7 цілими комірками і 2 напівкомірками. Представлені результати аналізу електродинамічних характеристик резонансних моделей прискорюючих структур і структур з введеннями потужності. Наведено результати дослідження динаміки пучка електронів в структурах.