Numerical simulation of beam dynamics in drift tube structures

Abstract

В данной работе рассматривается линейный резонансный ускоритель частиц с трубками дрейфа. Изучается влияние геометрических параметров структуры ускорителя на распределение поля вдоль оси ускорителя и динамику частиц. Особое внимание уделяется определению резонансной частоты всей установки и отдельных её частей. Для проведения расчетов была создана компьютерная модель геометрии установки, а также на базе программы DAISI реализован модуль расчетов для ускорителей с трубками дрейфа. В ходе численных экспериментов были получены эмпирические зависимости резонансной частоты одного периода от его геометрических параметров. На основе полученных данных разработан алгоритм выбора геометрических параметров резонатора, обеспечивающих равномерное распределение поля вдоль оси ускорителя. Оценка полезности изменений ведется по показателям динамики пучка, проходящего через рассчитанную структуру. Результаты численного моделирования динамики пучка частиц говорят об эффективности предложенного подхода.

Current research considers the crossbar H-mode linear resonant accelerator with drift tubes mounted inside the cavity. The focus of the study was on the dependence of the electric field distribution and beam dynamics on the parameters of the accelerator geometry. The resonant frequency of the whole cavity and its parts was carefully studied. To analyze the resonant frequency, we created the computer-aided design (CAD) model of the accelerator cavity. The calculation of the field distribution was carried out while varying the parameters of the drift tubes geometry. The method of choosing these geometry parameters was developed with the aim to provide a uniform distribution of electric field along the central axis of the accelerator. The efficiency of the algorithm was estimated according to the output beam quality. Beam dynamics simulations calculated with the help of the DAISI software proved that the suggested method is efficient.