نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور تهران

2 پژوهشکدة فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران

چکیده

استفاده از شتاﺏدهنده‌های الکترواستاتیک الکترونی با انرژی متوسط به دلیل بازدهی باﻻ و ﻗیمت مناسب در صنعت کاربرد بسیار زیادی دارند. در شتاب‌دهندة الکترواستاتیک، ستون شتاﺏدهی نقش تقسیم پتانسیل پایانۀ ولتاژ باﻻ را دارد به طوری که در یک مسیر مستقیم، باریکه را به صورت گام‏‌ای شتاﺏ می‌دهد. در این مقاله یک ستون شتاب‌دهی ۵۰۰ کیلوولت توسط نرم‌افزار CST Studio Suite طراحی شده است. در این طراحی از تفنگ الکترونی با کاتد مسطح و جریان ۵۰ میلی‌آمپر استفاده شده است. به منظور استخراج باریکه از تفنگ الکترونی، از دو الکترود فیلتر و الکترود لنز، به ترتیب با ولتاژ ۴۹۵  و۴۸۱ کیلوولت و جهت شتاب‌دهی الکترون،۱۳ الکترود با گام‏ پتانسیل ۳۷ کیلوولت طراحی شده است. برای نگهداری الکترودها و جلوگیری از تخلیة بار الکتریکی بین الکترودها، صفحات عایقی از جنس پیرکس در نظر گرفته شده است. در انتهای ستون شتاب‌دهی، جریان باریکة ۵۰ میلی‌آمپر، شعاع کمر باریکه کمتر از ۵/۰میلی‌متر، گسیلندگی باریکه ۷۳ نانومتررادیان و پروه‌انس باریکه ۱۵/۰  میکروپرو به دست آمد. ابعاد ستون شتاب‌دهی و نتایج حاصل از بررسی تغییر شعاع داخلی الکترودها، جابه‌جایی و انحراف زاویه‌ای الکترود اول نسبت به محور ستون شتاب‌دهنده در این مقاله ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and simulation of a 500 kV acceleration tube for ‎Dynamitron accelerators

نویسندگان [English]

  • M Gholami Akbarabad 1
  • M R Ghasemi 2
  • A Shokri 1
  • A Grayli 2
  • M Nazari 2

1 Department of Physics, PayameNoor University, Tehran, Iran

2 Physics and Accelerators Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran

چکیده [English]

Due to their high efficiency and low ‎cost, electrostatic electron accelerators with a moderate energy,  are used in the industry. In an electrostatic accelerator, the acceleration tube plays the role of dividing ‎the potential of the high-voltage terminal so that it accelerates the beam incrementally in a straight line. In this ‎paper, an acceleration tube for a Dynamitron accelerator with a voltage of 500 kV is designed by CST Studio ‎Suite software. In this design, an electron gun with flat cathode, and a current of 50 mA was used.  In order to ‎extract the beam from the electron gun, two filters are used: electrodes and the lens electrode, with voltages of 495 and ‎‎481 kV, respectively; besides for electron acceleration, 13 electrodes with a potential step of 37 kV have been ‎designed. To hold the electrodes and prevent electrical discharges between the electrodes, insulating ‎sheets made of Pyrex are used. At the end of the acceleration tube, a 50mA beam current, a waist radius of less than 0.5 ‎mm, a 73nm radian emittance, and a 0.15μperv beam were obtained. The dimensions of the acceleration tube ‎and the results of investigating the change in the radius of the electrodes, the displacement and deviation of ‎the angles of the first electrode relative to the axis of the acceleration tube are presented in this paper‎.‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • electrostatic ‎‏ ‏accelerator
  • acceleration‏ ‏‎ tube
  • electrode radius change
  • CST Studio Suite software
1. ح ر مرادی و...، مجلة پژوهش فیزیک ایران ، 2 (1394) 243.
2. H R Moradi and A M Aghayan, Iran. J. Phys. Res.15, 2 (2015) 243.‎
2. م نظم‌آبادی  و ...، مجلة پژوهش فیزیک ایران 15، 2 (1394) 129.
2. M Nazmabadi and HGhods, Iran. J. Phys. Res. 15, 2 (2015) 129.‎
3. س احمدیان، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هسته‌ای (1390).
4. H Ishimaru, Journal of Vacuum Science & Technology A2 (1984) 1170.‎ 
5. پ طاهر پرور، پایانامه کارشناسی ارشد فیزیک هسته‌ای، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی (۱۳۸۷).
6. M Irving. New Electrostatic Accelerator, Review of Scientific Instruments 30 (1959) 855.
7. S Ahmadiannamin, JACoW, (2014) 3847‎.
8. Marton, “Methodes of experimental physisies”, Vol 4, part A, Academic press, New York )1967(.
9. A Septier, ʻʻfocusing of charged particlesʼʼ, Academic Press (1967). ‎
10. PIERCE, J, ʻʻTraveling-Wave Tubesʼʼ, D. Van Nostrand Company, Inc, (1950).
11. آ صادقی پناه، ف عباسی دوانی، مجله پژوهش فیزیک ایران 11، 1 (1390) 7.
11. A Sadeghipanah and F Abbasi Davani, Iran. J. Phys. Res. 11, 1 (2011) 7.‎
12. ع محمد پورصالح، ح خلفی و س حاصل طلب، مجله پژوهش فیزیک ایران 15، 2 (1394) 137.
12. A M Poursaleh and H Khalafi, Iran. J. Phys. Res. 15, 2 (2015) 137.‎
13. م ﻻمعی رشتی، ف عباسی دوانی و ف ﻗاسمی، مجله پژوهش فیزیک ایران 15، 2 (1394) 205.
13. M.‏‎ Lamehi Rashti, F Abbasi Davani, and F Ghasemi, Iran. J. Phys. Res .15,  2 (2015) 205.‎
14. پ طاهرپرور و ج رحیقی، مجله سنجش و ایمنی پرتو 1، 5 (1395) 1.
15. M Nazari, et al., 7th International Particle Accelerator Conference (IPAC'16), Busan, Korea (2016).‎