Гестрін Г. Н., Жезмер А. Н., Єфімов Б. П. Інститут радіофізики та електроніки НАН України 61085, м. Харків, вул. акад. Проскури, 12 тел. 38 (0572) 7-448-570, факс: +38 (0572) 7-441-105, e-mail: jean@ire.kharkov.ua

Анотація – Запропонована схема побудови гібридного ЛСЕ, фокусуються система якого складається з ланцюжка послідовно розташованих квадрупольних лінз, що знаходяться в подовжньому магнітному полі. Наведено попередні результати експериментальних досліджень двох варіантів формування електронного пучка квадру-польним системами в безперервному і імпульсному режимах. Зафіксовано спонтанне широкосмугове випромінювання з криволінійно рухомого електронного потоку.

I. Введення

У гібридних ЛСЕ [1] крім поперечних періодичних полів, що створюються ондуляторнимі магнітами, використовують поздовжнє провідне магнітне поле, що істотно полегшує умови введення електронного пучка в простір взаємодії ЛСЕ. Рух електрона в гібридному ЛСЕ являє собою суперпозицію двох рухів: онду-ляторного і циклотронного.

Існують різні схеми побудови гібридних ЛСЕ, наприклад, в прискорювальної техніки (протонні лінійні прискорювачі) широко використовуються знакозмінні фокусують системи на основі квадрупольних магнітних лінз [2]. На основі квадрупольних схем створений вакуумний магнітний трубопровід, в якому формується циркулярно поляризоване фокусує поле – аналог гібридного ЛСЕ [3].

II. Основна частина

Таке поле повинно послабити вимоги до узгодження введення електронного пучка в простір

Рис. 5. Залежність токопрохождения від Н0 і від ускоряющего напруги.

Fig. 3. Relation of current passing vs. H0 and vs. accelerating voltage

У безперервному режимі експеримент проводився з електронним струмом до 300 мА, що відповідало щільності струму в пучку порядку 1 А / см2. В імпульсному режимі при длительностях 4 мкс і шпаруватості 103 діапазон прискорюючих напруг не перевищував 15 кВ. При цьому щільність струму пучка перевищувала 10 А / см2.

Інтегральна потужність прийнятого антеною випромінювання оцінюється на рівні кількох мВт. Виміри проводилися методом порівняння з використанням стандартного газорозрядного генератора шуму ГШ-5. Слід зазначити, що інтенсивність шумового сигналу випромінюваного електронним пучком істотно збільшувалася, якщо на колектор досліджуваного макета подавався негативний потенціал. Його величина змінювалася від нуля до 5 кВ.

III. Висновок

Виконані експериментальні дослідження показали доцільність проведення робіт зі створення фокусуючих систем для гібридних ЛСЕ на основі квадрупольних магнітних лінз (КМЛ). Створення теорії таких систем дозволить оптимізувати такі параметри, як період системи та товщину квадрупольний лінзи, співвідношення Н±/ Н0 пучка для заданого діапазону прискорюють напруг.

IV. Література

1. Thomas С. Marshal, Free-Electron Lasers. Trans, from eng. – M.: MIR, 1987, p.240.

2. Вальднер, А. Д. Власов, А. В. Шалені, Лінійні прискорювачі. М., Атомиздат, 1969, с. 248.

3.  R. S. Symons, Electron Beam Power Transmission/ World Electrotechn. Congress. Moscow, 1975.P.1-20

MAGNETIC FOCUSING SYSTEM FOR HYBRID FEL-BASED ON QUADRUPOLE LENSES

Gestrin G. N., Kuleshov A. N., Yefimov В. P.

Institute for Radiophysics and Electronics of NAS of Ukraine

12              ac. Proscura S., Kharkov, 61085, Ukraine Tel.: 38(057) 7448570, fax: 38(057) 7441105 E-mail: jean@ire.kharkov. ua

Abstract – The hybrid FEL with a focusing system consists of quadrupole lenses chain placed in longitudinal magnetic field is presented in this work. Preliminary results of experimental research of electron beam formed by quadrupole systems in two cases in continuous and pulsing regimes are presented. We detected wideband spontaneous radiation of electron beam moving by curvilinear trajectories.

I.  Introduction

There is longitudinal leading magnetic field besides transversal periodical fields made by undulator magnets in hybrid FEL [1]. This essentially facilitates conditions of electron beam entrance in interaction space of FEL. An existence of perpendicular components of magnetic field leads to complex electron trajectory that is composition of two motions: undulator and cyclotron, and leads to appearance of resonance both on basic and on high harmonics of undulator and cyclotron fields. There are different schemes of hybrid FEL. We investigate the system in which electron curvilinear motion is made by quadrupole spiral magnetic structure forming circular polarized field (author R.S. Symons [3]).

II.  Main Part

We consider the magnetic system consists of quadrupole magnetic lenses (QML) chain in longitudinal magnetic field for hybrid FEL. \Ne considered two ways of QML structure (Fig. 2): alternating magnets placement in lens (a) and symmetrical (b).

Considered focusing system with leading magnetic field H0 consists of magnetron gun forming hollow cylindrical beam with diameter 7 mm and thickness 0.5 mm.

Electron beam drift channel is made from glass tube with diameter 20 mm on which placed KML system. QML system is made as SmCo5 plates with dimensions 9x15x40 mm and

maximum energy 120-160 kj/n? . Magnetic field intensity on plate surface is 2.5 kG. External magnetic field were varied from 0 to 3.5 kG. Electron beam current passing through a device with focusing system as it is shown in Fig. 2.a or Fig. 2.b was controlled by cooled collector application. The device was investigated in two regimes: continuous and pulsing.

Results of experimental research show that current passing on collector in the case shown in Fig. 2.a requires higher magnitudes of leading magnetic field and more complex requirements for concordance conditions of electron beam entrance in magnetic lens. Electron beam passing through drift tube with focusing system shown in fig. 2.b gives higher results. Current passing on collector was more than 60%.

The radiation of electron beam moving by complex periodical curve was received on dipole antenna. Spontaneous noise signal was registered on oscillograph with maximum sensitivity 1 mV/cm. Integral power of received radiation with the help of antenna was about several mW. We should notice that the intensity of noise signal of electron beam essentially increased if apply negative potential on device collector.

III.  Conclusions

Given experimental research shows expediency of carrying out experiments on focusing system creation for hybrid FEL based on QML. A creation of such system theory allows optimizing such parameters as system period and KML thickness, ratio H±/H0 for determined accelerating voltage range.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»