RU2713233C1 - Method of forming an electron beam in a high-frequency accelerator - Google Patents
Method of forming an electron beam in a high-frequency accelerator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713233C1 RU2713233C1 RU2019108540A RU2019108540A RU2713233C1 RU 2713233 C1 RU2713233 C1 RU 2713233C1 RU 2019108540 A RU2019108540 A RU 2019108540A RU 2019108540 A RU2019108540 A RU 2019108540A RU 2713233 C1 RU2713233 C1 RU 2713233C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- grid
- electron
- gun
- accelerator
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
- H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
- H01J23/06—Electron or ion guns
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Способ относится к области ускорительной техники и предназначен для формирования электронного пучка в высокочастотном (ВЧ) ускорителе.The method relates to the field of accelerator technology and is intended to form an electron beam in a high-frequency (HF) accelerator.
Известен способ формирования электронного пучка в ВЧ-ускорителе, содержащем электронную ВЧ-пушку с сеточным управлением и ВЧ ускоряющую структуру (УС), характеризующийся тем, что на зазор сетка-катод ВЧ-пушки подают управляющий ВЧ-сигнал, получают пучок в виде последовательности электронных сгустков, частота следования которых f совпадает с частотой последующего ускорения, и затем ускоряют в УС. С этой целью на зазор сетка-катод ВЧ-пушки подают либо ВЧ-сигнал частоты f, как в аналоге [1], либо ВЧ-сигнал частоты f и одновременно ВЧ-сигнал на гармонике частоты f, например, частоты 3f, как в прототипе [2]. При подаче ВЧ-сигналов в зазоре между катодом и управляющей сеткой ВЧ-пушки создается ВЧ-напряжение и за сетку эмитируется последовательность сгустков электронов на частоте f. Пучок инжектируется в УС и ускоряется в ней на частоте f.A known method of generating an electron beam in an RF accelerator containing an electronically controlled high-frequency cannon and high-frequency accelerating structure (US), characterized in that a control high-frequency signal is supplied to the grid-cathode gap of the high-frequency gun, and the beam is obtained as a sequence of electronic bunches, the repetition rate of which f coincides with the frequency of subsequent acceleration, and then accelerate in the DC. For this purpose, either the RF signal of frequency f, as in the analogue of [1], or the RF signal of frequency f and simultaneously the RF signal at the harmonic of frequency f, for example, frequency 3f, as in the prototype, are supplied to the grid-cathode gap of the RF gun [2]. When applying RF signals in the gap between the cathode and the control grid of the RF gun, an RF voltage is created and a sequence of electron clusters is emitted at the frequency f. The beam is injected into the CS and accelerated in it at a frequency f.
Однако, при формировании пучка, как в аналоге, длительность электронных сгустков ТА на входе в УС соответствует соотношению ТА~1/2f, что близко к величине области захвата при последующем ускорении. Поэтому, как показывают расчеты, на выходе УС формируется пучок с широким энергетическим и фазовым спектром.However, when the beam is formed, as in the analogue, the duration of the electron bunches T A at the input to the CS corresponds to the relation T A ~ 1 / 2f, which is close to the size of the capture region during subsequent acceleration. Therefore, as calculations show, a beam with a wide energy and phase spectrum is formed at the output of the DC.
При формировании пучка, как в прототипе, длительность электронных сгустков на входе в УС соответствует соотношению TП~1/6f, меньше, чем в аналоге, что позволяет при последующем ускорении получать ускоренный пучок с относительно узким энергетическим и фазовым спектром. Однако, для такого управления пучком необходимо суммировать мощности двух ВЧ сигналов разных частот и подавать на зазор сетка-катод пушки, что представляет сложную техническую задачу.When the beam is formed, as in the prototype, the duration of the electron bunches at the input to the CS corresponds to the relation T P ~ 1 / 6f, less than in the analogue, which makes it possible to obtain an accelerated beam with a relatively narrow energy and phase spectrum during subsequent acceleration. However, for such a beam control, it is necessary to summarize the powers of two RF signals of different frequencies and apply a gun-cathode to the gap, which is a difficult technical task.
Задачей изобретения является разработка эффективного способа управления электронным пучком, а именно формирование электронного пучка в ВЧ-ускорителе, содержащем электронную ВЧ-пушку с сеточным управлением и ускоряющую структуру, позволяющего путем подачи на зазор сетка-катод пушки управляющего ВЧ-сигнала и последующего ускорения в УС получать пучок с узким энергетическим и фазовым спектром, не требующего сложения мощностей ВЧ-сигналов разных частот.The objective of the invention is to develop an effective method of controlling an electron beam, namely the formation of an electron beam in an RF accelerator containing an electronic RF gun with a grid control and an accelerating structure, which allows the control RF signal to be fed to the grid-cathode gap by a gun and subsequent acceleration in the DC receive a beam with a narrow energy and phase spectrum, which does not require the addition of the power of RF signals of different frequencies.
Поставленная задача решается предложенным способом формирования электронного пучка, по которому в соответствии с аналогом и прототипом на зазор сетка-катод электронной ВЧ-пушки подают управляющий ВЧ-сигнал, получают электронный пучок в виде последовательности электронных сгустков, и ускоряют в УС. Изобретение характеризуется тем, что на зазор сетка-катод подают ВЧ-сигнал, частота которого вдвое превышает частоту последующего ускорения.The problem is solved by the proposed method of forming an electron beam, according to which, in accordance with the analogue and prototype, a control RF signal is fed to the grid-cathode gap of the electron RF gun, an electron beam is obtained in the form of a sequence of electron bunches, and accelerated in the equation of state. The invention is characterized in that an RF signal is supplied to the grid-cathode gap, the frequency of which is twice the frequency of the subsequent acceleration.
В соответствии с аналогом на зазор сетка-катод электронной пушки подают ВЧ-сигнал одной частоты, однако, в отличие от аналога, эта частота не равна частоте последующего ускорения. В соответствии с прототипом на зазор сетка-катод подают ВЧ-сигнал на гармонике основной частоты, однако, в отличие от прототипа, не проводят сложение мощностей ВЧ-сигналов разных частот.In accordance with the analogue, the RF-signal of the same frequency is fed to the grid-cathode gap of the electron gun, however, unlike the analogue, this frequency is not equal to the frequency of the subsequent acceleration. In accordance with the prototype, an RF signal is fed to the grid-cathode gap at the harmonic of the fundamental frequency, however, unlike the prototype, the power of the RF signals of different frequencies is not added.
Способ формирования электронного пучка реализуется в высокочастотном ускорителе, который включает ВЧ ускоряющую структуру - для ускорения пучка, ВЧ электронную пушку - для инжекции пучка в ВЧ ускоряющую структуру и систему формирования управляющего ВЧ-сигнала для подачи на ВЧ-пушку.The method of generating an electron beam is implemented in a high-frequency accelerator, which includes an RF accelerating structure for accelerating the beam, and an RF electron gun for injecting the beam into the RF accelerating structure and a system for generating a control RF signal for supplying to the RF gun.
Способ формирования электронного пучка в высокочастотном ускорителе осуществляется следующим образом. На зазор сетка-катод пушки подают управляющий ВЧ-сигнал частоты 2f, где f - частота последующего ускорения. При подаче на зазор сетка-катод пушки управляющего ВЧ-сигнала частоты 2f вне зазора за сеткой формируется последовательность сгустков электронов на частоте 2f, при этом длительность каждого сгустка определяется соотношением TИ~1/4f. При последующем ускорении в УС, работающей на частоте f, сгустки попадают в разные условия и в режим ускорения захватывается только каждый второй сгусток. Например, если сгусток 1 попадает в ускоряющую фазу поля и далее ускоряется, то следующий за ним сгусток 2 попадает в тормозящую фазу и тормозится, отдает энергию ускоряющему полю, останавливается и под действием пространственного заряда оседает на управляющую сетку пушки и стенки ускорителя. Соответственно, из последовательности сгустков на частоте 2f формируется последовательность сгустков на частоте f, которые захватываются в режим ускорения и далее ускоряются.The method of forming an electron beam in a high-frequency accelerator is as follows. The control grid-cathode of the gun is supplied with a control RF signal of frequency 2f, where f is the frequency of subsequent acceleration. When a gun of a control RF signal of frequency 2f is fed to the grid-cathode gap, a sequence of electron clusters at a frequency of 2f is formed outside the mesh gap, and the duration of each bunch is determined by the ratio T AND ~ 1 / 4f. During subsequent acceleration in a control unit operating at a frequency f, the bunches fall into different conditions and only every second bunch is captured in the acceleration mode. For example, if clot 1 enters the accelerating phase of the field and then accelerates, then the next clot 2 enters the decelerating phase and is braked, gives energy to the accelerating field, stops and, under the influence of the space charge, settles on the control grid of the gun and the accelerator wall. Accordingly, from a sequence of bunches at a frequency of 2f, a sequence of bunches is formed at a frequency f, which are captured in acceleration mode and then accelerated.
Поскольку длительность сгустков на входе в УС вдвое меньше, чем в аналоге, на выходе УС, как показывают расчеты, формируется пучок с относительно узким энергетическим и фазовым спектром.Since the duration of the clumps at the entrance to the DC is half that compared to the analogue, as the calculations show, a beam with a relatively narrow energy and phase spectrum is formed at the output of the DC.
Поскольку при формировании пучка в ВЧ-пушке используется ВЧ-сигнал одной частоты, не требуется сложение мощностей ВЧ-сигналов разных частот, что упрощает техническую реализацию способа.Since the RF signal of the same frequency is used when forming the beam in the RF gun, the addition of the power of the RF signals of different frequencies is not required, which simplifies the technical implementation of the method.
Источники информации:Sources of information:
1. А.с. №438357, МПК H01J 1/00 от 09.03.1972, опуб. 23.04.1976 в Б.И. №47, Импульсный инжектор электронов;1. A.S. No. 438357, IPC H01J 1/00 dated 03/09/1972, publ. 04/23/1976 in B.I. No. 47, Pulse electron injector;
2. Патент US 8564224 (Заявка US 2011304283) от 2011-12-15, МПК H01J 23/0, Электронный инжектор (High Average Current, High Quality Pulsed Electron Injector). - прототип2. Patent US 8564224 (Application US 2011304283) from 2011-12-15, IPC H01J 23/0, Electronic Injector (High Average Current, High Quality Pulsed Electron Injector). - prototype
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019108540A RU2713233C1 (en) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | Method of forming an electron beam in a high-frequency accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019108540A RU2713233C1 (en) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | Method of forming an electron beam in a high-frequency accelerator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2713233C1 true RU2713233C1 (en) | 2020-02-04 |
Family
ID=69625501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019108540A RU2713233C1 (en) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | Method of forming an electron beam in a high-frequency accelerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2713233C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU438357A1 (en) * | 1972-03-09 | 1975-12-25 | Институт Химической Кинетики И Горения Со Ан Ссср | Pulsed electron injector |
| SU1118273A1 (en) * | 1983-01-17 | 1986-01-07 | Предприятие П/Я В-8584 | High-frequency accelerator of charged paticles |
| US5814940A (en) * | 1995-04-12 | 1998-09-29 | Denki Kogyo Co., Ltd. | Radio frequency particle accelerator having means for synchronizing the particle beam |
| US8564224B2 (en) * | 2010-06-11 | 2013-10-22 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | High average current, high quality pulsed electron injector |
| WO2016126780A1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus and methods for generating electromagnetic radiation |
-
2019
- 2019-03-25 RU RU2019108540A patent/RU2713233C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU438357A1 (en) * | 1972-03-09 | 1975-12-25 | Институт Химической Кинетики И Горения Со Ан Ссср | Pulsed electron injector |
| SU1118273A1 (en) * | 1983-01-17 | 1986-01-07 | Предприятие П/Я В-8584 | High-frequency accelerator of charged paticles |
| US5814940A (en) * | 1995-04-12 | 1998-09-29 | Denki Kogyo Co., Ltd. | Radio frequency particle accelerator having means for synchronizing the particle beam |
| US8564224B2 (en) * | 2010-06-11 | 2013-10-22 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | High average current, high quality pulsed electron injector |
| WO2016126780A1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus and methods for generating electromagnetic radiation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Black et al. | Net acceleration and direct measurement of attosecond electron pulses in a silicon dielectric laser accelerator | |
| US20120126727A1 (en) | Sub-Nanosecond Beam Pulse Radio Frequency Quadrupole (RFQ) Linear Accelerator System | |
| CN111508804B (en) | Apparatus for generating electron beam and transmission electron microscope apparatus | |
| Polozov et al. | Longitudinal motion stability of electrons inside the plasma channel of LPWA | |
| RU2713233C1 (en) | Method of forming an electron beam in a high-frequency accelerator | |
| KR20160049425A (en) | RF electron gun, linear Accelerator system and method for emitting pulse electron-beam | |
| US3769599A (en) | Particle preaccelerator arrangement | |
| US8564224B2 (en) | High average current, high quality pulsed electron injector | |
| JP2002075698A (en) | High frequency accelerator equipment and ring-shaped accelerator | |
| CN109641134B (en) | Method and device for controlling injected particle number of accelerator, accelerator and storage medium | |
| Dowell et al. | Magnetic pulse compression using a third harmonic RF linearizer | |
| US3454818A (en) | Apparatus for shortening of electron pulses emitted from an electron gun | |
| Okuda et al. | Single-bunch and multibunch electron beam generation for FEL experiments with the 38 MeV L-band linear accelerator at ISIR | |
| Kawase et al. | High Power Operation of the THz FEL at ISIR, Osaka University | |
| SU1392646A1 (en) | Method of determining maximum amplitudes of free radial oscillations of particles in phasotron | |
| JP4250759B2 (en) | Laser-controlled electron beam linear accelerator | |
| Marmouget et al. | Present performance of the low-emittance, high-bunch charge ELSA photo-injected linac | |
| US20150340834A1 (en) | Method for energy dither of a particle beam | |
| RU2313925C2 (en) | Method for accelerating two beams of electrons in one linear resonance accelerator | |
| JP2010277770A (en) | High frequency accelerator, and ring accelerator | |
| SU343649A1 (en) | DEVICE FOR THE FORMATION OF BULBS OF CHARGED PARTICLES | |
| Opanasenko et al. | Fundamental limits of ballistic bunching of high-brightness electron beams | |
| Boscolo et al. | Laser comb: simulations of pre-modulated E-beams at the photocathode of a high brightness RF photoinjector | |
| Gschwendtner et al. | The AWAKE Experiment in 2021: Performance and Preliminary Results on Electron-Seeding of Self-Modulation | |
| Polozov et al. | Electron Motion Simulation in laser-plasma channel for output energy spectrum minimization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210326 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20220324 |