Численное моделирование сильноточного ионного линейного индукционного ускорителя методом макрочастиц

Abstract

Приведены результаты численного моделирования методом макрочастиц транспортировки и ускорения сильноточного трубчатого ионного пучка, сопровождаемого компенсирующим электронным пучком, в трех магнитоизолированных ускоряющих промежутках. Токи пучков, а также величины внешнего магнитного поля выбраны близкими к экспериментальным. Показано, что при небольшом темпе ускорения, когда кинетическая энергия компенсирующего электронного пучка больше потенциального барьера ускоряющего поля, качество функции распределения сильноточного ионного пучка на выходе ускорителя практически не ухудшается по сравнению со случаем транспортировки. В случае же большого темпа ускорения, когда кинетической энергии компенсирующего электронного пучка недостаточно для преодоления потенциального барьера ускоряющего поля, качество функции распределения сильноточного ионного пучка на выходе существенно ухудшается по сравнению с режимом транспортировки. Показано, что оптимизированная по пространству и времени инжекция дополнительных сильноточных электронных пучков в каспы приводит к увеличению моноэнергетичности ускоряемого ионного пучка и к уменьшению его расходимости на выходе ускорителя.

Наведено результати числового моделювання методом макрочастинок транспортування та прискорення трубчастого сильнострумового іонного пучка, який супроводжується компенсуючим електронним пучком у трьох магнітоізольованих прискорюючих проміжках. Струми пучків і зовнішні магнітні поля обрані близькими до експериментальних. Показано, що при малому темпі прискорення, коли кінетична енергія компенсуючого електронного пучка більша за потенціальний бар’єр прискорюючого поля, якість функції розподілу іонного пучка на виході прискорювача практично не погіршується у порівнянні з режимом транспортування. У випадку ж великого темпу прискорення, коли кінетичної енергії компенсуючого електронного пучка недостатньо для здолання потенціального бар’єру прискорюючого поля, якість функції розподілу іонного пучка на виході суттєво погіршується у порівнянні з режимом транспортування. Показано, що оптимізована у просторі і часі інжекція додаткових сильнострумових електронних пучків у кожен касп призводить до збільшення моноенергетичності прискорюємого іонного пучка і до зменшення його розбіжності на виході прискорювача.

The 2d3v particle-in-cell simulation results of transport and acceleration of hollow high-current ion beam compensated by electron beam in 3 magnetoinsulated accelerating gaps are presented. The beam currents, and the external magnetic field magnitudes are close to NSC KIPT experiments. It is shown, that at small acceleration rates, when the compensating electron beam kinetic energy is higher than a potential barrier of the accelerating field, the quality of ion distribution function on the accelerator exit practically is not worsened in comparison with the transportation mode. In the case of large acceleration rate, when the electron beam kinetic energy is not enough for overcoming a accelerating field potential barrier, the quality of ion distribution function on the accelerator exit is essentially worsened in comparison with the transportation mode. It is shown, that the optimized in space and time injection of additional high current electron beams in cusps results in increase of accelerated ion beam monochromaticity and to reduction it divergency on an accelerator exit.