طراحی و محاسبات کاواک شتاب دهنده، هدف اصلی این نوشته است. با انتخاب مد نوسانی 90 درجه، با استفاده از کد سوپرفیش ابعاد کاواک برای پارامترهای موردنظر محاسبه شده است. مهم ترین بعد برای تعیین فرکانس تشدید، شعاع کاواک استوانه ای می باشد. با محاسبه تغییرات فرکانس با تغییرات ابعاد، دقت موردنیاز برای ساخت کاواک به دست آمده است. هم چنین با استفاده از میدان الکتریکی حاصل از سوپرفیش و بسط فوریه آن و با در نظر گرفتن مولفه های موج رونده در یک جهت، اثر عمده مولفه دارای سرعت موج مناسب، در شتاب دهندگی نشان داده شده است.

اجرای پروژه طراحی و ساخت شتاب دهنده خطی الکترون توسط وزارت علوم، تحقیقات و فن آوری، به عهده پژوهشگاه دانش های بنیادی گذاشته شده است. هدف تحقیقات جاری دست یابی به دانش و فن آوری ساخت اجزای شتاب دهنده خطی است که یکی از مولفه های آن، خوشه ساز است. در این مقاله دو نوع خوشه ساز معرفی شده و یکی از آن ها یعنی خوشه ساز نوع بارگذاری شده با صفحه برای طراحی و ساخت انتخاب شده است. با مطالعه حرکت الکترون ها در میدان مابین روزنه صفحه ها و استفاده از معادلات حاکم بر تئوری موج برهای بارگذاری شده با صفحه، ابعاد خوشه ساز موردنظر این طرح به دست آمده است. در محاسبات و برای شبیه سازی از نرم افزار MATLAB و کد SUPERFISH استفاده شده و گستره فازی ورودی و خروجی این طراحی، به ترتیب، برابر 348 و 50 درجه تعیین گردیده است. این، به ضریب خوشه سازی حدود 7 می انجامد که مقدار مناسبی برای این نوع خوشه سازها است.

در یک شتاب دهنده الکترونی پرده ای هنگام عبور باریکه الکترونی از پنجره خروجی تیتانیومی محافظ خلاء، فوتون های پرتو ایکس به علت کند شدن الکترون های شتابدار تولید می شوند. یکی از مسائل مهم در استفاده از شتاب دهنده های الکترونی توانایی کنترل پرتو ایکس تولید شده یا در واقع حفاظ سازی شتاب دهنده به منظور جلوگیری از آثار مخاطره آمیز ناشی از آن است. در کار حاضر بر اساس هندسه پیشنهادی شتاب دهنده الکترونی پرده ای، با استفاده از کدMCNP4C، دز پرتو ایکس حاصل از تابش ترمزی شبیه سازی شد که خود ناشی از برخور باریکه الکترونی با جریان ثابت mA 50 و انرژی های مختلف keV 300-100 بر روی فویل تیتاینیومی با ضخامت µ m 13 است. نتایج حاکی از کاهش دز پرتو ایکس ناشی از تابش ترمزی از Gy 685 به Gy 176 به ازای افزایش انرژی از keV 100 به keV 300 در واحد زمان است. همچنین مقادیر توان توقف تابشی شبیه سازی شده با کدMCNP4C برای این تغییر انرژی در پنجره تیتانیومی، روندی افزایشی از MeV. cm2/g 012/0 به MeV. cm2/g 021/0 را نشان می دهد. بیشینه و کمینه درصد انحراف مقادیر شبیه سازی و نظری توان توقف تابشی به ترتیب برابر با 33% و 3% به دست آمده است. نتایج حاصل از محاسبه میزان اتلاف انرژی ناشی از تابش ترمزی برای عبور الکترون از فویل تیتانیومی با ضخامت µ m 13 به ازای انرژی های keV 300-100، از keV 2-10 ×44/12 تا keV 2-10×19/7 تعیین شد. علاوه بر این بر مبنای نتایج حاصل از کد MCNP4C، حفاظ شتاب دهنده شبیه سازی و برای بیشینه انرژی keV 300 ضخامت بهینه حفاظ سربی cm 5/2 محاسبه گردید.

به علت تغییرات حجم ناشی از خطای ساخت، فرکانس کاواک های شتاب دهی در شتاب دهنده های خطی الکترون تغییر می کند. در نتیجه تنظیم فرکانسی کاواک ها یکی از مراحل مهم تست سرد است که باید الزامات آن در طراحی لحاظ شود. در پروژه ساخت ساختار شتاب دهی موج ایستا برای شتاب دهنده خطی با دو انرژی، پس از طراحی، یک ساختار شتاب دهی آلومینیمی (شامل دو نیم کاواک شتاب دهی و یک کاواک تزویج) ساخته شد. در این پروژه برای جبران تغییرات ناشی از خطای ساخت، از پیچ های تنظیم استفاده شد. این پیچ ها با تغییر جزیی در حجم کاواک ها، فرکانس آن ها را تغییر می دهند. در این مقاله محاسبات و شبیه سازی تغییرات فرکانسی ناشی از تغییرات ابعادی انجام شد. بر اساس شبیه سازی انجام شده، طراحی پیچ ها برای تنظیم فرکانسی در شرایط عملی انجام شد. بر اساس نتایج این مقاله، با استفاده از پیچ های تعبیه شده بر روی دیواره ی کاواک ها با ابعاد طراحی شده، می توان به میزان حداکثر 10 مگاهرتز فرکانس تشدید را تغییر داد. لذا با استفاده از روش انتخابی تنها تغییرات فرکانسی ناشی از خطای ساخت به میزان مورد اشاره قابل جبران است. در این پژوهش، فرکانس تشدید ساختار شتاب دهی برای مد 2/π,برابر با 5/2998 مگاهرتز تنظیم شد و حد دقت مکانیکی ساخت در نمونه نهایی 200 میکرومتر به دست آمد.

کاواک های شتاب دهی موج ایستای جفت شده ی جانبی به علت گرادیان شتاب دهی نسبتاً بالا و حساسیت نسبتاً کم نسبت به خطای ساخت، در شتاب دهنده های خطی الکترون با انرژی پایین کاربرد گسترده ای دارند. مهم ترین گزینه در طراحی کاواک های شتاب دهی، برهم کنش مؤثر ذره و میدان های الکترومغناطیسی برای رساندن خوشه های الکترون به انرژی مورد نظر با بیش ترین راندمان و کیفیت مناسب باریکه ی خروجی است. بررسی دینامیک باریکه برای تعیین مشخصات باریکه ی خروجی از کاواک ضروری است. در این مقاله با استفاده از کد استرا، دینامیک باریکه ی کاواک شتاب دهی MeV 6 بررسی شده است. کاواک مورد نظر به منظور تشدید در مد عملکردی 2/π با فرکانس MHz 2998. 5 طراحی شده است که با لامپ مگنترون با بیشینه توان MW 2. 3 تغذیه می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که پس از ساخت کاواک طراحی شده، برای باریکه ی خروجی، گسیلندگی در جهت افقی و عمودی، نیم رخ عرضی در جهت عمودی و افقی، و گستردگی انرژی به ترتیب مقادیر mm 1. 25، pi-mm-mrad 4. 18 و MeV 0. 84 مورد انتظار است.

هدف پروژه ساخت شتابدهنده خطی الکترون در پژوهشگاه دانش های بنیادی، طراحی و ساخت شتابدهنده ای در باند s است که تا حد ممکن اجزاء مختلف آن در ایران ساخته شود. در این پروژه برای بررسی و اطمینان بیشتر در ساخت تیوب های نهایی، ساخت یک تیوب شتاب دهی با جنس مس با مشخصات کاملاً یکسان با تیوب های نهایی انجام گرفته است. پس از طراحی و ساخت تیوب آزمایشی این شتاب دهنده، اندازه گیری آن با استفاده از روش اختلالی اسلاتر در حالت تشدید و روش استیل در حالت غیر تشدیدی انجام شده است. انطباق میدان در مدهای مختلف برای تیوب شتاب دهی بعد از تنظیم با مقادیر شبیه سازی، صحت ساخت و اندازه گیری را نشان می دهد.

شتاب دهنده های الکترونی توان متوسط کاربرد زیادی در صنعت پرتودهی دارند. برای پاسخ گویی به نیاز صنعت های کشور، پژوهش های زیادی در زمینه ی طراحی و ساخت شتاب دهنده ی خطی الکترون موج رادیویی توان متوسط در نوار بسامدی VHF با محدوده ی انرژی MeV 1 تا MeV 5 در کشور آغاز شده است. یکی از مؤلفه های مهم این شتاب دهنده، کاواک آن است که در این مقاله نحوه ی طراحی و ساخت آن و مقایسه ی نتیجه های شبیه سازی و پارامترهای عملکردی کاواک معرفی شده است. در این پژوهش، با بررسی پارامترهای اساسی هم چون بسامد تشدید، ضریب کیفیت، امپدانس موازی، ضریب شایستگی کاواک و ضریب زمان عبور در هندسه های مختلف کاواک استوانه ای با استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی سی. اس. تی، اچ. اف. اس. اس و سوپرفیش هندسه ی بهینه ی کاواک برای باریکه ی الکترونی با انرژی حداکثر MeV 5 و توان kW 50 با کم ترین از دست دادگی ها طراحی شد. پس از تکرار شبیه سازی ها و اطمینان از نتیجه های آن ها، کاواک طراحی شده ساخته و پارامترهای آن اندازه گیری شد. یافته ها نشان داد که پارامترهای اندازه گیری شده تطابق خوبی با داده های حاصل از شبیه سازی دارد.

در این مقاله شتاب الکترون در برهم کنش با میدان پالس لیزری مورد بررسی قرار می گیرد. به منظور محدود کردن ناحیه برهم کنش الکترون با پالس، که لازمه دستیابی به شتاب است، روش جدیدی مبتنی بر تزریق الکترون در قله زمانی پالس ارائه می شود. در این روش الکترون از یک منبع پلاسمایی تولید شده و با استفاده از میدان مغناطیسی به مسیر باریکه لیزر هدایت می شود و لحظه برهم کنش آن با پالس لیزری برای بیشترین بهره تنظیم می گردد. همچنین وابستگی بهره الکترون به طول و فاز اولیه پالس و زاویه تزریق الکترون مطالعه و مقادیر بهینه آنها به دست آمده است.