Линейный ускоритель электронов на энергию 8–50 МэВ с инжекцией от источника электронов на основе кластерных плазменных систем

Много лет к ключевым задачам современной ускорительной физики относится увеличение темпа ускорения в линейных ускорителях электронов. Физические пределы напряженности ускоряющего поля для металлических ускоряющих структур практически достигнуты, поэтому рассматриваются новые схемы ускорения, в первую очередь ускорение в плазме и кильватерное. Вторая задача — это генерация сверхкоротких (100 фс и менее) электронных сгустков, для чего традиционно используются высокочастотные фотопушки. При этом для фотопушек серьезной проблемой, ограничивающей интенсивность электронов в сгустке, является влияние объемного заряда при эмиссии и ускорении в прикатодной области, где пучок слаборелятивистский и велико влияние объемного заряда на его динамику. Рассматривается возможность применения плазменного катода в качестве инжектора ускорителя. В перспективе это может позволить обойти ограничения, присущие фотопушкам (большое влияние объемного заряда на динамику пучка в прикатодной области) и ускорению в лазерно-плазменном канале (низкий коэффициент захвата электронов в режим ускорения, широкий энергетический спектр — 10 % и более при энергии в десятки и сотни мегаэлектронвольт). Предлагается разработать комбинированный ускоритель, в котором для инжекции в традиционную металлическую структуру используется сгусток, генерируемый в лазерно-плазменном канале. Данный источник дает возможность генерации короткого (от 0.1 до 1.0 пс) сгустка электронов с энергией в несколько сотен килоэлектронвольт, что позволит считать такой источник альтернативой фотокатоду. Далее пучок необходимо захватить в режим ускорения в нормально проводящей секции и ускорить до энергии 50 МэВ с возможностью перестройки энергии. Описаны особенности такого ускорителя, особенности захвата электронного сгустка в режим ускорения и возможные значения энергетического спектра в этой системе.