Theoretical studies of the resonator concept of dielectric wakewield accelerator

Abstract

Theoretical studies and numerical simulation of wakefield excitation in planar dielectric resonator by regular sequence of relativistic electron bunches are carried out. It is shown, that in resonator case at conservation of field peaking, i.e. maintenance of multimode condition, the number of bunches, participating in wakefield summing, is increased. As a result the amplitude of the field, used for charged particle acceleration, essentially increases in comparison with a section of the dielectric waveguide of the same length. Thus, legitimacy of the resonator concept for wakefield method of charged particle acceleration is proved. Numerical calculations are carried out for planned experiment on accelerator "Almaz-2" on wakefield excitation in the rectangular dielectric resonator by a sequence of bunches with charge 0.32 nC and energy 4 MeV each.

Проведено теоретическое исследование и численное моделирование возбуждения кильватерного поля в плоском диэлектрическом резонаторе регулярной последовательностью сгустков релятивистских электронов. Показано, что в резонаторном случае при сохранении пикирования поля, т.е. многомодового режима, увеличивается количество сгустков, участвующих в суммировании кильватерного поля. В результате амплитуда поля, используемая для ускорения заряженных частиц, существенно возрастает по сравнению с отрезком диэлектрического волновода такой же длины. Таким образом, в работе доказана правомерность резонаторной концепции для кильватерного метода ускорения заряженных частиц. Численные расчеты выполнены для планируемого эксперимента на ускорителе “Алмаз-2” по возбуждению кильватерного поля в прямоугольном диэлектрическом резонаторе последовательностью сгустков с зарядом 0.32 нК и энергией 4 МэВ каждый.

Проведено теоретичне дослідження та чисельне моделювання збудження кільватерного поля у плоскому діелектричному резонаторі регулярною послідовністю згустків релятивістських електронів. Показано, що у резонаторному випадку при збереженні пікірування поля, тобто багатомодового режиму, збільшується кількість згустків, що приймають участь у підсумовуванні кільватерного поля. В результаті амплітуда поля, що використовується для прискорення заряджених часток, істотно зростає у порівнянні з відрізком діелектричного хвилеводу такої самої довжини. Таким чином, у роботі доведена правомірність резонаторної концепції для кільватерного методу прискорення заряджених часток. Чисельні розрахунки виконані для запланованого експерименту на прискорювачі “Алмаз-2” по збудженню кільватерного поля у прямокутному діелектричному резонаторі послідовністю згустків з зарядом 0.32 нК та енергією 4 МеВ кожний.