Effect of generation of multiple-frequency RF power in the O-type tube

Abstract

The necessity to create the RF sources operating in the multifrequency mode is supported by the proposals concerning the suppression of the emittance growth generated inside the RF gun and the possibility to increase the limited accelerated charge by involving into the interaction with the beam, in addition to the fundamental harmonic, the highest harmonics of a RF field with the power ratio up to 10: 1 and the absolute synchronism of changing phase and amplitude ratios of signals. In this paper we present the preliminary results on studying the possibilities of multiple-frequency RF power generation by a single klystron through installation of supplementary high harmonic cavities to the exit one after the main output cavity along the beam direction. The physical motivation of the proposal consists in the effect of lengthy bunch rearrangement due to the interaction with the high-strength decelerating RF fields. The previous experimental data, the 2.5D Particle-In-Cell ARSENAL-MSU code concise description and computer simulation results are given.

Необхідність створення НВЧ-джерел, працюючих в режимі одночасної генерації потужності на кратних частотах, зокрема обумовлюється задачами фізики прискорювачів, такими як пригнічення ефекту зростання емітансу в інжекторах з ВЧ-гарматами та підвищення граничного прискореного заряду. Це може бути реалізовано шляхом включення до взаємодії з пучком, урівні з основним НВЧ-сигналом, електромагнітних полів на вищих гармоніках при відповідних співвідношеннях амплітуд та абсолютнім синхронізмі. В цій роботі приведені попередні результати вивчення спроможності багаточастотної генерації високочастотної потужності в пролітних клістронах, які містять додаткові вихідні системи на вищих гармоніках, розташованих по ходу пучка за основною. Фізичне обґрунтування пропозиції основане на використанні ефекту перегрупування протяжних електронних згустків при їх взаємодії з гальмуючими НВЧ-полями великої амплітуди. Приведено опис передуючих експериментальних результатів, стислий опис розрахункової програми та результатів моделювання.

Необходимость создания СВЧ-источников, работающих в режиме одновременной генерации мощности на гармониках кратных частот, в частности определяется задачами физики ускорителей, такими как подавление эффекта возрастания эмиттанса в инжекторах с ВЧ-пушками и увеличение предельного ускоренного заряда. Это может быть осуществлено путем включения во взаимодействие с пучком, наряду с основным СВЧ-сигналом, электромагнитных полей высших гармоник при определенных соотношениях мощностей и абсолютном синхронизме. В этой работе представлены предварительные результаты изучения возможности многочастотной генерации высокочастотной мощности в пролетных клистронах, содержащих дополнительные выходные системы на высшие гармоники, установленные за основным выходным резонатором по ходу пучка. Физическое обоснование предложения основано на использовании эффекта перегруппировки протяженных электронных сгустков тормозящими СВЧ-полями большой амплитуды. Приводится описание предваряющих экспериментальных результатов, краткое описание программы расчетов АРСЕНАЛ-МГУ и результаты моделирования.