Ю.Д. КЛЮЧЕВСКАЯ Научный руководитель – С.М. ПОЛОЗОВ, к.ф.-м.н., доцент СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ БИПЕРИОДИЧЕКОЙ

Ю.Д. КЛЮЧЕВСКАЯ
Научный руководитель – С.М. ПОЛОЗОВ, к.ф.-м.н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ БИПЕРИОДИЧЕКОЙ
УСКОРЯЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ
Для оценки возможности создания компактного укорителя электронов на
энергию около 6 МэВ, пригодного для использования в составе медицинского
терапевтического комплекса и работающего на повышенной частоте 27 ГГц, было
проведено моделирование ускоряющего резонатора на основе бипериодической
ускоряющей системы с круглым диафрагмированный волноводом, а также расчет
системы охлаждения бипериодической ускоряющей структуры.
Сочетание высоких электромагнитных полей и длинного импульса на
высокой рабочей частоте приводит к увеличению температуры структуры,
тепловым деформациям и заметному изменению характеристик резонатора, в том числе частоты, во время ВЧ импульса [1]. Для определения сдвига частоты в зависимости от мощности питания и температуры охлаждающей жидкости был проведен тепловой расчет. Для оптимального охлаждения использовано 10 трубок с водой, которые проходят вдоль БУС и
расположены по радиусу, диаметр трубок равен 8 мм (рис. 1).
Рисунок 1: Вид структуры с охлаждающими трубками, материал – медь.
Потери СВЧ-мощности в стенках структуры рассчитывается по формуле:
P
ωW
Q
(1)
где ω – частота, W – запасенная энергия, Q – добротность.
Поток воды является одним из важных параметром системы охлаждения, который определяется уравнением:
(2)
G  Uπd 2
где U – скорость жидкости, d – диаметр трубок.
Тепловой анализ структуры включает непрерывный процесс нагрева и
охлаждения. Было определено, что импульсное значение мощности, уходящей в стенки структуры, равно 1,05 МВт. Средняя мощность потерь
равна 2,7 кВт на один период при длительности импульса 400 мкс и частоте повторения импульсов 10 Гц. Было исследовано распределение
сдвига частоты в зависимости от температуры в структуре, сдвиг частоты
в зависимости от потока жидкости зависимость температуры от потока
жидкости. Было показано, что при значении потока воды равному 0,33 л/с
для каждой охлаждающей трубки, в этом случае сдвиг частоты равен
80 кГц при температуре 34 °C. При такой температуре в структуре сдвигом частоты можно пренебречь. Распределение температуры по структуре
при потоке воды и температуре 0,3 л/с и 34 °С соответственно показано
на рисунке 2.
Рисунок 2: Вид БУС в разрезе и распределение температуры при потоке
жидкости 0,3 л/с.
Список литературы
1. M.A. Gusarova, I.V. Isaev, R.A. Kostin. Journal of Applied Physics, 2013, Vol.
83, no. 4, pp. 134-140.