İçe girintili ve dar aralıklı klaystron kavitesinin rezonans frekansı hesabı

Abstract

Elektromanyetik rezonatörlerin ilk kullanımına 1940'larda klaystron gibi elektronik aygıtlarda başlandığı halde, sonrasında daha başka alanlara da yayılmış ve günümüzde radar sistemleri radyo ve televizyon istasyonları, uydu sistemleri ve parçacık hızlandırıcılarında yer bulmuştur. Özellikle son yıllarda yüksek güç gerektiren modern parçacık hızlandırıcılarında çok sayıda ve değişik tipte kavite rezonatör olarak kullanılmaktadır. Örneğin, hızlandırıcının ilk katı olan elektron kaynağı kısmında kullanılan kavite sayesinde rf elektron tabancası oluşturulmuştur. Buradan çıkan atmalı ve gruplaştırılmış elektronlar daha sonra doğrusal parçacık hızlandırıcılarında hızlandırma işlemine tabi tutularak yüksek enerjilere çıkarılırlar. Doğrusal hızlandırıcı katında birbiri ile ilişkili rezonatörler (coupled resonators) bulunur. Hızlandırıcı boyunca istenilen yüksek enerji ve frekansları elde edebilmek için bu rezonatörlerin özelliklerinin detaylı olarak bilinmesi gerekmektedir. Bunun için ilk olarak enerji kaybının en az hale getirilmesi için rezonans frekansı duyarlılıklı bir şekilde hesaplanarak kavite tasarımlarının buna göre yapılması gerekmektedir. Bu tasarımlar suresince analitik hesaplamaların kıyaslanabileceği çeşitli bilgisayar programları üretilmiştir. Bunların en temeli olarak sayılan program SUPERFISH programıdır.Bu tezde sonlu farklar yöntemi kullanılarak SUPERFISH programı ile farklı geometrilere sahip rf kaviteler için duyarlıklı rezonans frekansı hesaplamaları yapılmış ve sonuçlar, analitik hesaplamalarla kıyaslanarak doğruluğu test edilmiştir.

Electromagnetic resonators, while firstly used in 1940?s in apparatuses like klystrons, afterwards their usage spread into other areas and today they have found place in fields such as radar systems, radio and television stations, satellite systems and particle accelerators. Especially in recent years, many resonant cavities of different types are used in modern particle accelerators that require high power. In the first part of the particle accelerators, the electron source part, rf cavities are used to form the electron gun. Bunched particles, which are coming from the electron gun, go through the main linear accelerator where the particles are accelerated to higher energies. In this part of the particle accelerators coupled resonators are used mostly. In order to get the desired high energies and the frequencies it is necessary to know the detailed properties of these resonators. For this purpose, to reduce the energy loss to minimum first, the resonance frequency should be calculated with precision and the cavity should be designed accordingly. Various computer codes have been produced that allow comparison with the analytical calculations during all these design processes. SUPERFISH is considered as the basis of these codes. In this thesis, using the finite difference method by SUPERFISH program, calculation of resonant frequencies with precision for rf cavities having different geometry were made and the results were compared for accuracy by the analytical calculations.