The model of microwave phase inverter controlled by a neon plasma source

Abstract

In the wakefield accelerator for a separation of a long train of bunches to drive and accelerated ones, it is proposed to use a phase inverter of electromagnetic waves of the microwave frequency range. A change in the phase of the wave by 180° occurs when the microwave power is reflected from the resonator when the resonance is disrupted by igniting the plasma in a glass vessel placed in the resonator. A scheme for the implementation of a phase-inverter is proposed, for which a model version of the phase-inverter is assembled, and photomultiplier measurements of the radiation from a source of neon plasma are carried out. When a rectangular pulse of 0.2…1 μs duration, amplitude 250…800 V and current up to 1 A is supplied to the plasma source, the signal from the photomultiplier output has a rather "steep" rising edge (up to 58 ns) and a low-angle trailing edge (more than 100 μs). The duration of the decay (fall time) remains constant and does not change when the duration, frequency, and amplitude of the pulses applied to the plasma source change, and the duration of the rising edge decreases with increasing amplitude. Qualitative measurements on the phase invertor model showed that the waveforms of the reflected and transmitted waves have a similar shape as the signals from the photomultiplier output, but they have a flatter rising edge (200…500 ns) and the trailing edge (~ 400 μs). From the studies carried out it follows that the developed phase inverter can be used for a single (per pulse) separation of the bunch sequence relative to the wakefield wave.

Для поділу в кільватерному прискорювачі довгого ланцюжка згустків на провідні й прискорюючi запропоновано використовувати фазоінвертор електромагнітних хвиль НВЧ-діапазону. Зміна фази хвилі на 180° відбувається при відбитті СВЧ-потужності від резонатора при зриві резонансу шляхом запалювання плазми в скляній посудині, розміщеній в резонаторі. Запропонована схема реалізації фазоінвертора, для дослідження якої зібраний макетний варіант фазоінвертора, а також проведені виміри випромінювання джерела неонової плазми, використовуваного в макеті, за допомогою ФЕП. При подачі на джерело плазми прямокутних імпульсів тривалістю 0,2…1 мкс, амплітудою 250…800 В и струмом до 1 А сигнал з виходу ФЕП має досить «крутий» передній фронт (до 58 нс) і «пологий» спад (понад 100 мкс). При цьому тривалість спаду залишається постійною й не міняється при зміні тривалості, частоти й амплітуди імпульсів, що подаються на джерело плазми, а тривалість фронту зменшується при збільшенні амплітуди. Якісні виміри на макеті фазоінвертора показали, що форми імпульсів відбитої й минаючої хвиль мають форму, подібну сигналам з виходу ФЕП, однак мають більш пологi передній (200…500 нс) і задній (~400 мкс) фронти. З виконаних досліджень випливає, що розроблений фазоінвертор можна використовувати для однократного поділу послідовності згустків щодо фази кільватерної хвилі.

Для разделения в кильватерном ускорителе длинной цепочки сгустков на ведущие и ускоряемые предложено использовать фазоинвертор электромагнитных волн СВЧ-диапазона. Изменение фазы волны на 180° происходит при отражении СВЧ-мощности от резонатора при срыве резонанса путем зажигания плазмы в стеклянном сосуде, размещенном в резонаторе. Предложена схема реализации фазоинвертора, для исследования которой собран макетный вариант фазоинвертора, а также проведены измерения излучения источника неоновой плазмы, используемого в макете, с помощью ФЭУ. При подаче на источник плазмы прямоугольных импульсов длительностью 0,2…1 мкс, амплитудой 250…800 В и током до 1 А сигнал с выхода ФЭУ имеет достаточно «крутой» передний фронт (до 58 нс) и «пологий» спад (свыше 100 мкс). При этом длительность спада остается постоянной и не меняется при изменении длительности, частоты и амплитуды импульсов, подаваемых на источник плазмы, а длительность фронта уменьшается при увеличении амплитуды. Качественные измерения на макете фазоинвертора показали, что формы импульсов отраженной и проходящей волн имеют форму, подобную сигналам с выхода ФЭУ, однако имеют более пологий передний (200…500 нс) и задний (~400 мкс) фронты. Из выполненных исследований следует, что разработанный фазоинвертор можно использовать для однократного разделения последовательности сгустков относительно фазы кильватерной волны.