介质辅助加速结构中的非共振超快二次电子倍增机制
加速器物理
2023-07-27 v1 等离子体物理
摘要
本工作的目标是评估用于专用于强子治疗的紧凑型低能直线粒子加速器的 S 波段介质辅助加速（DAA）结构中发生二次电子倍增放电的风险。DAA 结构由超低损耗介质圆柱和带膜片的圆盘周期性排列于金属腔体中构成，其优势在于室温下具有极高品质因数和极高分流阻抗，因此被提出作为传统盘载铜结构的潜在替代方案。然而，已观察到这些结构会发生二次电子倍增放电。事实上，二次电子倍增是这些器件的主要问题之一，因其限制了最大加速梯度。因此，在 DAA 腔体早期设计阶段分析二次电子倍增风险对确保器件加工后的正常运行至关重要。本文中，我们通过基于蒙特卡洛方法自主开发的代码进行数值模拟，对 DAA 设计中的二次电子倍增进行了全面细致的研究。针对不同加速梯度值，详细描述了二次电子倍增的现像（共振电子轨迹、撞击间电子飞行时间等）。研究发现，这些结构中出现一种超快非共振二次电子倍增，不同于科学文献中理论研究的各类二次电子倍增。此外，研究了几种低电子发射涂层对二次电子倍增阈值的影响。进而，提出了一种基于修改 DAA 单元几何形状以抑制二次电子倍增的新设计，其显示出原型机加速梯度承受能力显著提升。
引用
@article{arxiv.2307.14026,
title = {Non-resonant ultra-fast multipactor regime in dielectric-assist accelerating structures},
author = {Daniel González-Iglesias and Benito Gimeno and Daniel Esperante and Pablo Martinez-Reviriego and Pablo Martín-Luna and Nuria Fuster-Martínez and César Blanch and Eduardo Martínez and Abraham Menendez and Juan Fuster and Alexej Grudiev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.14026},
year = {2023}
}