GPTを使って進行波型加速管内での電子ビームのトラッキング計算方法は，「GPT(進行波型加速管の計算方法)」に示しています．ここでは，産業用の小型リニアックにしばしば使われる定在波型加速管の取り扱い方法を示します．定在波型加速管の電磁場を SUPERFISH で計算し，それを GPT に取り込んで，電子ビームの挙動を計算します．

図?に示すように定在波型加速管に，様々なタイプがあります．その中で，最も多く使われているものがサイドカップル側加速管です．これは軸対称構造ではないため，SUPERFISH での内部の電磁場を性格に計算できません．しかし，ビームトラッキング計算で必要な軸付近の電磁場は，SUPERFISH で得ることができます．あくまで近似ですが，十分良い値が得られます．ここでは，このサイドカップル型加速管内でのビームトラッキング計算の方法を示します．

計算の手続きは，以下の十です．

[手続き:1] SUPERFISH を使って，サイドカップル型加速管の加速空胴毎の電磁場分布と共振モードのパラメーターを計算します．
[手続き:2] 共振空胴結合モデル(Rosonant Coupled Chine Model)を使い，共振空胴毎の電磁場強度の比を決めます．
[手続き:3] トータルのRF壁損失と空胴のQ値から，共振空胴毎の蓄積エネルギーを決定します．この蓄積エネルギーと，SUPERFISHの結果から，実際の空胴の電磁場分布を計算します．
[手続き:4] 先の手続きの 1 – 3 の計算結果を使い GPT のインプットファイルに変換します．

[手続き:1] SUPERFISHを使った電磁場の計算

サイドカップル型加速管の加速空胴

シャントインピーダンスを大きくするために，サイドカップル型加速管の加速空胴には空胴の出入り口にノーズが取り付けられています．加えて，ディスク厚(t)を薄くすることにより，シャントインピーダンスの工場を図っています．結合空胴は加速空胴の側面に取り付けられ，複雑な構造と鳴っています．

加速に使うモードは\(\pi/2\)モードなので，電磁場は加速空胴のみに貯まり，結合空胴内は空っぽになります．したがって，加速モードの電磁場分布は加速空胴の共振モードとよく似ています．ビームトラッキング計算で重要なビーム軸付近では，加速空胴の共振モードと加速モードの電磁場はほとんど同じです．

しかし，\(Q_0\)値は結構異なります．構造にもよりますが，10 – 20% の違いはあります．実際の加速管では結合スロットがある分，ロスが増えます．これについては，SUPERFISH の電磁場分布から，GPT が読み込める電磁場分布にするときに，適当に取り入れます．\(Q_0\)値の低下の推定値は，実際の加速管の設計/製作の経験で決めます．

加速空胴の寸法パラメーター

加速管の形状は，代表的な寸法をパラメーターで表現すると便利です．とくに，計算機で繰り返し計算を行い最適化を行う場合，処理が容易になります．ひとつあるいは少数のパラメーターの最適化問題になり，問題が単純化できます．一般的なサイドカップル型の定在波型加速管のビームトラッキング計算を行う場合，図に示すパラメーターで十分でしょう．

電磁場の計算

ここでは，ユーザーが加速管の寸法を指定し，自動的に SUPERFISH で電磁場分布を計算する方法を示します．プログラムの動作は，電子銃の寸法を表すパラメーターが書かれたファイルを読み込み，GPT が読み込み可能な電磁場分布のマップファイル(*.gdf)を作成します．

インプットファイル

先の「加速空胴の寸法パラメーター」で示した加速空胴を計算するための，入力ファイルを以下に示します．この入力ファイルを読み込み，次に示す Python プログラムが SUPERFISH をコントロールし，加速空胴の電磁場を計算します．

Python プログラム

加速空胴の寸法パラメーターが記載されているインプットファイルを読み込み，SUPERFISHで自動計算します．

プログラムの実行

[手続き:2] 空胴毎の蓄積エネルギー分布比の計算

加速管は小さなカップリングアイリスを通して，共振空胴が連なった構造をしています．

[手続き:3] 加速管の電磁場分布の計算

[手続き:4] GPTのインプットファイルの作成

ページ作成情報

参考資料

更新履歴

2015年11月24日

新規作成

GPT定在波型加速管の計算方法SUPERFISH の電場を取り込みトラッキング計算

目次

はじめに