Rectangular dielectric structures for the wakefield acceleration experiments in KIPT

Abstract

At the Kharkov Institute of Physics and Technology is planned experimental test of the basic principles of the multi-bunch multi-mode dielectric wakefield accelerator. For this purpose we carried out a series of calculations of wakefield excitation and dynamics of the drive and witness bunches in rectangular structures with a dielectric sub-strate. For optimization two rectangular vacuum waveguides of R32 (72.14 × 34.04 mm) and R26 (86.36 × 43.18 mm) which were filled with the dielectric covering two any opposite metal walls of a waveguide were chosen. As possible dielectric Alumina, Cordierite, or Teflon were tested. It was supposed that the structure will be energized by train of electron bunches (bunch repetition frequency is 2.805 GHz) of 4.5 MeV energy, average current is 1 A. As the candidate for operating mode the LSM-wave or the LSE-wave, with frequency to equal the bunch repetition frequency or its doubled frequency were tested. The gradient of an accelerating field, small transverse deflection (or divergence) of drive and witness bunches were the main criteria of optimization. As a result of optimization we propose some dielectric structures for future wakefield experiments in KIPT.

У ХФТІ запланована експериментальна перевірка основних принципів багатозгусткового й багатомодового кільватерного прискорювача. Для цього виконана серія розрахунків збудження кільватерних полів і динаміки провідного згустка та згустка, що прискорюється в прямокутних вакуумних хвилеводах R32 (72,14 × 34,04 мм) та R26 (86,36 × 43,18 мм), які заповнювалися діелектриком, що нанесен на дві протилежні металеві стінки хвилеводу. У якості матеріалу діелектрика тестувалися Alumina, Cordierite та Teflon. Прискорювальна структура збуджувалася послідовністю електронних згустків з частотою проходження 2,805 ГГц з енергією 4,5 МеВ і середнім струмом 1 A. У якості робочих мод тестувалися LSM- та LSE-хвилі із частотою, що дорівнює частоті проходження згустків або подвоєній до неї частоті. Основними критеріями оптимізації були градієнт прискорювального поля, мала величина поперечного відхилення провідного згустка та згустка, що прискорюється. У результаті оптимізації нами було запропоновано кілька діелектричних структур для майбутніх кільватерних експериментів.

В ХФТИ запланирована экспериментальная проверка основных принципов многосгусткового и многомодового кильватерного ускорителя. Для этого проведена серия расчетов возбуждения кильватерных полей и динамики ведущего и ускоряемого сгустков в прямоугольных вакуумных волноводах R32 (72,14 × 34,04 мм) и R26 (86,36 × 43,18 мм), которые заполнялись диэлектриком, нанесенным на две противоположные металлические стенки волновода. В качестве материала диэлектрика тестировались Alumina, Cordierite и Teflon. Ускорительная структура возбуждалась последовательностью электронных сгустков с частотой следования 2,805 ГГц, энергией 4,5 МэВ и средним током 1 A. В качестве рабочих мод тестировались LSM- и LSE-волны с частотой, равной частоте следования сгустков или ее удвоенной частоте. Основными критериями оптимизации были градиент ускоряющего поля, малая величина поперечного отклонения ведущего и ускоряемого сгустков. В результате оптимизации нами было предложено несколько диэлектрических структур для будущих кильватерных экспериментов.