Ion beam space charge neutralization using for beam intensity increase in linacs

Abstract

As it is well known, the space charge is the main factor limiting the beam intensity in ion bunchers and low energy linacs. It can be declared that the limit low energy beam current is achieved or close now. But it must be enlarged up to 300…1000 mA for the same purposes as neutron generators, accelerating driven systems and other. It is provide to discussion about new acceleration and focusing methods which can to be used for this facilities. There are two ways to increase ion beam intensity: to enlarge the beam’s cross section and to use the space charge neutralization. The second way of the limit beam current enlargement is more discussable. It is known three (or more?) ideas for beam space charge neutralization: (i) neutralization using plasmas, ionized residual gas or electron cloud; (ii) so-called “funneling” method; (iii) simultaneous acceleration of positive and negative ions in the same bunch. Some results in beam space charge neutralization will discussed for RFQ, DTL, UNDULAC.

Как принято считать, влияние объемного заряда пучка является основным фактором, ограничивающим интенсивность ионных пучков в линейных ускорителях на небольшие энергии. Можно утверждать, что в настоящее время в ускорителях на небольшие энергии достигнут (или вскоре будет достигнут) предел по току пучка. Для увеличения тока ионного пучка до 300…1000 мА, что требуется для некоторых приложений, таких как нейтронные генераторы или ядерные установки, управляемые ускорителем, существуют два основных пути: увеличение поперечного сечения пучка и использование нейтрализации влияния объемного заряда. В настоящее время второй путь обсуждается все более активно. Известно три (или более) способа нейтрализации влияния объемного заряда: использование плазмы, ионизованного остаточного газа или электронного облака; метод «сложения» пучков; ускорение ионов с разным знаком в одном сгустке. Некоторые результаты исследования динамики «нейтрализованного» ионного пучка в линейных ускорителях с ПОКФ, ускорителях Альвареца, линейных ондуляторных ускорителях представлены в данной работе.

Як прийнято вважати, вплив об'ємного заряду пучка є основним чинником, що обмежує інтенсивність іонних пучків у лінійних прискорювачах на невеликі енергії. Можна стверджувати, що в даний час у прискорювачах на невеликі енергії досягнута (або незабаром буде досягнута) межа по струму пучка. Для збільшення струму іонного пучка до 300...1000 мА, що потрібно для деяких додатків, таких як нейтронні генератори або ядерні установки, керовані прискорювачем, існують два основних шляхи: збільшення поперечного перерізу пучка і використання нейтралізації впливу об'ємного заряду. В даний час другий шлях обговорюється все більш активно. Відомо три (або більше) способи нейтралізації впливу об'ємного заряду: використання плазми, іонізованого залишкового газу або електронної хмари; метод «складання» пучків; прискорення іонів з різним знаком в одному згустку. Деякі результати дослідження динаміки «нейтралізованого» іонного пучка в лінійних прискорювачах з ПОКФ, прискорювачах Альвареця, лінійних ондуляторних прискорювачах представлені в даній роботі.