КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ТАНДЕМ-ГЕНЕРАТОРА ЭГП-10К

 

Г. Г. Заикин

 

Институт ядерных исследований НАН Украины, Киев

 

    С целью получения максимальной  проводки ионного пучка в тандем-генераторе (перезарядный ускоритель ЭГП-10К) были выполнены расчеты элементов ионной оптики. Были получены огибающая пучка и фазовые диаграммы  в местах расположения электростатических линз и  на входе ускорительной трубки (УТ). Это позволило получить полное представление о формировании пучка в инжекторе и его согласовании с ускорительной трубкой. Выполнены расчеты электрических полей  в используемых одиночных линзах и электрическом зазоре между анодной пластиной ионного источника и  экстрактором, а так же в согласующей (входной) линзе и апертурной линзе ускорительной трубки. Для расчетов использовался  пакет программ MATLAB [1]. Уравнение Лапласа для  аксиально-симметричной задачи решалось с помощью метода конечных элементов в пакете программ FEMLAB [2]. Расчеты обеспечивают определение параметров линз с точностью лучше 1%.

    В параксиальном приближении выполнены расчеты траекторий  ионов в линзах. Для решения уравнения движения использовался метод Рунге-Кутта четвертого порядка.  Траекторным методом было определено значение эмиттанса ионного источника и аксептанса на входе ускорительной трубки. Оценка величины сферических аберраций линз показала, что коэффициент заполнения линз не должен превышать значения 25% при значении  аберраций < 2%. Для ограничения пучка по радиусу было предложено установить дополнительный коллиматор  диаметром 2мм и длиной 5мм в канал экстрактора. При этом эмиттанс пучка составляет величину 3,8*Е-6 м*рад*√МэВ.    

    Рассчитаны коэффициенты прохождения  (Т) пучка через ускорительную трубку   в зависимости от напряжения на кондукторе (Uc). Для Uc=1000кВ, 2000 и 3000кВ  Т равен соответственно 0,85, 0,55 и 0,50. Для более высоких напряжений на кондукторе наблюдается неудовлетворительное согласование фазовых объемов пучка и УТ. Выполнены расчеты трехэлектродной согласующей линзы для УТ, которая должна обеспечивать лучшее согласование пучка, чем используемая двухэлектродная линза.

    В соответствии с расчетами был изготовлен коллиматор и установлен в канал экстрактора. Испытания показали, что улучшилось формирование пучка в ускорителе. В результате существенно уменьшились загрузка электродов низкоэнергетичной  УТ и величина γ-излучения ускорителя.

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Алексеев Е.Р , Чеснокова О.В.  MATLAB 7 Самоучитель – М.: НТ Пресс,2006.

2. COMSOL 3.2 учебник FEMLAB/ femlab.narod.ru/met/model/htm