Экспериментальное исследование динамики пучков в импульсном линейном ускорителе и разрезном микротроне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.20, кандидат наук Ханкин Вадим Валерьевич

• Ханкин Вадим Валерьевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Ханкин Вадим Валерьевич

Введение

Актуальность темы и степень её разработанности

Цель работы

Научная новизна

Объект и предмет исследования

Методология исследования

Достоверность

Практическая и теоретическая значимость

Положения, выносимые на защиту

Личный вклад автора

Апробация работы и публикации

Структура и объём диссертации

1. Линейный ускоритель электронов на энергию 10 МэВ

1.1 Ускоряющая структура и динамика пучка

1.1.1 Предварительный выбор параметров ускорителя

1.1.2 Результаты оптимизации

1.1.3 Дополнительные расчеты

1.2 Стенды линейного ускорителя

1.2.1 Стенд №1

1.2.1.1 Электронная пушка, ускоряющая структура, соленоид

1.2.1.2 Система СВЧ питания

1.2.1.3 Система высоковольтного питания

1.2.1.4 Система измерения характеристик пучка

1.2.2 Стенд №2

1.2.2.1 Электронная пушка, ускоряющая структура, соленоид

1.2.2.2 Система СВЧ питания

1.2.2.4 Система измерения характеристик пучка

2. Измерение параметров пучка линейного ускорителя

2.1 Измерения на стенде №1

2.1.1 Измерение импульсного тока и коэффициента захвата

2.1.2 Измерение энергетического спектра пучка

2.1.3 Измерение распределения заряда в поперечной плоскости

2.2 Измерения на стенде №2

2.2.1 Калориметрические измерения

2.2.2 Оценки энергии пучка с помощью магнита развертки

2.2.3 Дозиметрические оценки энергии

2.3 Применение разработанного ускорителя в радиационных технологиях

2.3.1 Стенд №1

2.3.2 Стенд №2

2.4 Исследование эффекта обратной бомбардировки катода

2.4.1 Расчет эффекта обратной бомбардировки

2.4.2 Наблюдение эффекта обратной бомбардировки

Глава 3. Стенд импульсного разрезного микротрона на энергию 55 МэВ

3.1 Состав стенда разрезного микротрона

3.2 Динамика пучка в РМ

3.3 Элементы РМ

3.3.1 Поворотные магниты

3.3.2 Ускоряющая структура

3.3.3 Квадрупольные линзы

3.3.4 Элементы системы инжекции

3.3.5 Магнит вывода пучка

3.3.6 Система СВЧ питания

3.3.7 Диагностика пучка

3.3.8 Система питания РМ

3.3.9 Система контроля и управления

Глава 4. Методика, результаты настройки и эксперименты на РМ

4.1 Методика, результаты настройки

4.2 Эксперименты на разрезном микротроне

Заключение

Приложение 1. Анализ автоколебательного режима работы в стационарном режиме

Литература к Главам 1,2

Литература к Главам 3,

Введение

Актуальность темы и степень её разработанности

Область применения ускорителей электронов на средние и низкие энергии очень широка. Это, в том числе, неразрушающий контроль в промышленности, инспекционно-досмотровые комплексы, антимикробная обработка продуктов питания, лучевая терапия, стерилизация медицинских изделий, наработка радиоактивных изотопов, исследования в области строения ядра и многое другое. Использование для этих целей импульсных линейных ускорителей и разрезных микротронов обусловлено такими их качествами, как компактность, высокая эффективность, широкий диапазон доступных энергий и токов ускоренных пучков.

В НИИЯФ МГУ в течение многих лет разрабатываются ускорители электронов с энергией в диапазоне от 1 до 100 МэВ [1.1]. К их числу относятся импульсный линейный ускоритель с максимальной энергией 10 МэВ и импульсный разрезной микротрон на энергию 55 МэВ, результаты экспериментального исследования динамики пучка в которых представлено в настоящей работе.

Линейный ускоритель электронов с возможностью регулирования в широких пределах основных параметров ускоренного пучка - энергии, импульсного тока, длительности и частоты следования импульсов, размера пучка на выпускном окне -позволит создавать высокоэффективные комплексы радиационной обработки продукции с различной поверхностной плотностью и различными значениями требуемых доз. Отметим, что используемые в настоящее время для радиационной обработки продукции мощные ускорители электронов работают, как правило, при фиксированных значениях всех основных параметров, за исключением, возможно, частоты следования импульсов, что существенно снижает диапазон обрабатываемой продукции и эффективность использования электронного пучка.

Разрезной микротрон дает возможность получить энергию ускоренного пучка до 100 МэВ и высокую эффективность использования СВЧ энергии при существенно

меньших, по сравнению с линейным ускорителем, размерах и существенно меньшей стоимости. Эти качества определяют области применения разрезного микротрона: фундаментальные исследования в области строения ядра в рамках небольшой лаборатории, лучевая терапия электронным пучком, наработка радиоизотопов, детектирование скрытых взрывчатых веществ и другие. В тоже время, особенности динамики пучка в разрезном микротроне - узкая область продольной фазовой стабильности, значительный путь, проходимый пучком до достижения конечной энергии, ограниченный большим количеством апертур, существенное влияние на токопрохождение неоднородности поля поворотных магнитов и ошибок установки элементов, делают настройку ускорителя крайне сложной задачей. В этой связи, разработка методики настройки РМ, учитывающей все особенности динамики пучка, является весьма актуальной задачей.

Современные методы численного моделирования и трехмерные программные комплексы позволяют осуществлять расчеты отдельных элементов ускорителей и динамики пучка с высокой точностью. Однако промоделировать взаимосвязь всех существенных параметров линейного ускорителя с целью выработки алгоритма управления при изменении режима его работы, промоделировать во всех деталях процедуру настройки разрезного микротрона не представляется возможным. Для решения указанных задач и необходимо экспериментальное исследование динамики пучка.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное исследование динамики пучков в импульсном линейном ускорителе и разрезном микротроне»

Цель работы

Цель диссертационной работы заключалась в экспериментальном исследовании динамики пучков в импульсном линейном ускорителе на максимальную энергию 10 МэВ и в импульсном разрезном микротроне на энергию 55 МэВ для выработки алгоритмов управления этими ускорителями и их настройки. Для решения указанных задач разработаны методики измерения параметров пучка, созданы экспериментальные стенды, проведены измерения, выполнен анализ

полученных результатов с привлечением различных моделей, установлена взаимосвязь параметров пучка с установленными параметрами и режимами работы элементов и систем ускорителей, выработаны алгоритмы управления и настройки.

Наряду с этим, в диссертации представлены результаты различных экспериментов на пучках линейного ускорителя и разрезного микротрона, выполненных автором диссертации или при его непосредственном участии.

Научная новизна

В настоящей диссертационной работе представлены результаты экспериментального исследования динамики пучка в импульсном линейном ускорителе электронов на энергию 10 МэВ и импульсном разрезном микротроне на энергию 55 МэВ. Эти ускорители, по сравнению с аналогами, содержат ряд новых решений, требующих проведения детальных исследований и разработки методик настройки. В частности, особенностью линейного ускорителя, предназначенного для реализации различных радиационных технологий, отличающего его от известных аналогов, является возможность регулирования параметров пучка, в первую очередь его энергии и мощности, в широких пределах за счет изменения параметров режима работы. Разрезной микротрон также содержит ряд новых, впервые примененных решений, в частности, оригинальную систему инжекции низкоэнергетичного пучка; магнитное зеркало на базе поворотного магнита, отражающее пучок после первого ускорения и обеспечивающее подстройку фазы пучка на второй орбите без использования дополнительных магнитных элементов; оригинальную систему вывода пучка с последней орбиты.

Объект и предмет исследования

Объектом изучения в настоящей работе являлись стенды линейного импульсного ускорителя электронов на энергию 10 МэВ и импульсного разрезного микротрона на энергию 55 МэВ. В качестве предмета исследования рассматривалась динамика пучков в этих стендах.

Методология исследования

Для расчёта электронных пушек использовалась программа EGUN, для расчёта электромагнитных полей - программа SUPERFISH, для расчёта динамики пучка в ускоряющей структуре - программа PARMELA, для расчёта динамики пучка в разрезном микротроне - программа RTMTRACE. Экспериментальное исследование динамики пучка проводилось с использованием магнитоиндукционных датчиков тока, поглотителей пучка, радиационно -чувствительной плёнки, видео-фиксации синхротронного и переходного излучения, прецизионных калориметрических приборов.

Достоверность

Достоверность результатов работы подтверждается хорошим соответствием измеренных характеристик расчетным данным, совпадений результатов измерений, проведенных с использованием различных методик, достижением проектных параметров ускорителей.

Практическая и теоретическая значимость

Представленные в данной работе ускорители используются в НИИЯФ МГУ для проведения фундаментальных и прикладных исследований, в том числе с помощью методик, разработанных автором, что нашло отражение в соответствующих разделах диссертации.

На основе полученных в ней результатов создан не имеющий аналогов промышленный образец импульсного линейного ускорителя на энергию 10 МэВ и импульсный разрезной микротрон на энергию 55 МэВ.

Положения, выносимые на защиту

1. На основе исследуемой ускоряющей структуры за счёт выбора параметров питания электронной пушки и клистрона возможно создание ускорителя с

регулированием энергии в диапазоне от 5 МэВ до 10 МэВ и средней мощности от сотен ватт до 15 кВт.

2. Для исследуемой ускоряющей структуры максимальная средняя мощность ускоренного пучка 17 кВт достигается при энергии 8.5 МэВ, электронный кпд ускоряющей структуры при этом превышает 70%.

3. Обратная бомбардировка катода электронной пушки значительно влияет на работу линейных ускорителей с большой средней мощностью пучка.

4. Использование поворотных магнитов в качестве спектрометра позволяет определить энергию однократно и двукратно ускоренного пучка, что даёт возможность с высокой точностью настроить уровень ускоряющего поля и взаимное положение ускоряющей структуры и поворотных магнитов.

5. Синхротронное излучение, генерируемое пучком в поворотных магнитах, является источником важной информации о положении пучка на орбитах, дополняя данные о токе пучка с магнитоиндукционных датчиков, и ускоряя процедуру настройки разрезного микротрона.

Личный вклад автора

Все результаты, приведённые в работе, получены автором или при непосредственном участии автора, кроме случаев, отдельно оговоренных в тексте диссертации. А именно, автором, либо при непосредственном участии автора: проведены дополнительные расчёты для линейного ускорителя электронов на энергию 10 МэВ, создано два стенда линейного ускорителя, разработаны методики измерения параметров пучка линейного ускорителя, проведены измерения параметров пучка линейного ускорителя, разработаны методики настройки линейного ускорителя, проведено ряд работ на пучке линейного ускорителя, создан стенд разрезного микротрона на энергию 55 МэВ, разработана методика настройки разрезного микротрона и измерения параметров его пучка, проведены измерения

параметров пучка разрезного микротрона, проведён ряд прикладных и фундаментальных исследований на пучке разрезного микротрона.

Апробация работы и публикации

Основные научные результаты и положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах, 8 из которых [1.1, 1.26, 3.1, 3.30-3.34] в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в базах данных Scopus, Web of Science и RSCI.

Основные научные результаты диссертации докладывались на конференциях:

1. A.S. Alimov, E.A. Alimov, A.N. Kamanin, V.V. Khankin, V.N. Sigalaev , V.I. Shvedunov, A.V. Gryzlov, S.V. Lamonov, A.P. Musatov, N.I. Pakhomov, Beam Parameters Measurement Of Technological 10 Mev Linac XXI Russian Particle Accelerator Conference RuPAC -2008, Zvenigorod, Russia, 2008

2. Brothers L., A.N. Ermakov, A.N. Kamanin, A.I Karev., V.V. Khankin, A.N. Lebedev, N.I. Pakhomov, V.G. Raevsky, V.I. Shvedunov, Sobenin N.P., Wilhide L., 55 MeV special purpose race-track microtron commissioning XXII Russian Particle Accelerator Conference RuPAC-2010, Protvino, Russia, 2010

3. A.I. Karev, V.V. Khankin, N.I. Pakhomov, V.G. Raevsky , V.I. Shvedunov, Operational Experience with 55 MeV Pulsed RTM RUPAC2012, Saint-Petersburg, Russia, 2012

4. В.В. Ханкин, А.Н. Ермаков, А.С. Курилик, В.И. Шведунов Планирование облучения и регулирование параметров технологического ускорителя на энергию 10 МэВ, III Международная конференция "Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛаПлаз-2017", Москва, Россия, 2017

5. А.Н. Ермаков, В.В. Ханкин, Д.С. Юров, В.И. Шведунов, Л.Ю. Овчинникова , Результаты проведения пусковых работ мощного промышленного ускорителя Ломоносовские чтения-2018, секция "Ядерная физика", МГУ имени М.В. Ломоносова, Россия, 2018

6. V.V. Khankin, A.S. Alimov, A.N. Ermakov, A.N. Kamanin, A.S. Kurilik, N.I.

Pakhomov, N.V. Shvedunov, V.I. Shvedunov, D.S. Yurov, I.V. Shvedunov, A.S.

Simonov, Linear Electron Accelerator for Radiation Technologies with Beam

Parameters Varied in a Wide Range, 29th Linear Accelerator Conference LINAC18,

Beijing, China, 2018

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. В диссертации 123 страницы, 96 рисунков, 13 таблиц, список литературы содержит 65 ссылок.

Во введении обосновывается актуальность исследований по теме диссертации, формулируется цель работы, приводятся основные научные результаты, полученные в диссертации, обосновывается научная новизна, практическая значимость и достоверность результатов работы, описывается личный вклад автора работы, приводится список публикаций и докладов на конференциях, на которых были представлены результаты выполненных исследований, приводится структура и краткое содержание диссертации.

В первой главе приведены полученные ранее другими авторами результаты расчета динамики пучка и ускоряющей структуры линейного ускорителя, результаты дополнительных расчетов, выполненных автором диссертации, необходимых для проектирования стендов, описаны основные системы стендов линейного ускорителя на энергию 10 МэВ, в том числе электронная пушка, ускоряющая структура, магнитооптическая система, система СВЧ питания, система высоковольтного питания, методики измерения параметров пучка.

Вторая глава посвящена описанию результатов измерения параметров пучка, включая энергию и энергетический спектр, поперечные размеры пучка, импульсный и средний тока ускоренного пучка, импульсную и среднюю мощности. Приведены результаты сравнения измеренных характеристик пучка с расчетными. Определена

область возможного регулирования параметров ускоренного пучка. Описаны области возможного применения ускорителя, дана информация о промышленном ускорителе, созданном на основании выполненных исследований.

В третьей главе описаны основные системы стенда разрезного микротрона на энергию 55 МэВ, в том числе система инжекции, ускоряющая структура, поворотные магниты, квадрупольные линзы и корректоры, магнит вывода пучка, датчики тока, система СВЧ питания, система высоковольтного питания, вакуумная система, система охлаждения, система контроля и управления. Описаны особенности и приведены результаты расчета динамики пучка в разрезном микротроне.

Четвертая глава посвящена описанию методики и результатов настройки разрезного микротрона с использованием заложенных в его конструкцию диагностических систем. Описаны методики и приведены некоторые результаты экспериментов на пучке ускорителя.

В заключении диссертации изложены основные результаты и подведены итоги проделанной работы, приводятся сведения об использовании полученных научных результатов.

В приложении приведён анализ автоколебательного режима работы системы СВЧ питания в стационарном режиме.

1. Линейный ускоритель электронов на энергию 10 МэВ

Линейные ускорители электронов с энергией до 10 МэВ и мощностью пучка до 50 кВт [1.2-1.10] широко применяются в разнообразных радиационных технологиях. В тех случаях, когда характеристики продукции, обрабатываемой на одной установке, значительно изменяются для оптимизации процесса облучения необходимо иметь возможность оперативного регулирования параметров ускоренного пучка. Например, при радиационной обработке продуктов питания массовая толщина продукции и требуемая доза могут изменяться в разы, что требует кратного изменения энергии и величины дозы на один импульс работы ускорителя. Подстройка энергии ускоренного пучка под массовую толщину продукции позволяет не только обеспечивать требуемое распределение мощности дозы по глубине, но и существенно экономить электроэнергию при соответствующем построении системы СВЧ питания ускорителя. Регулирование дозы, сообщаемой продукции за импульс работы ускорителя, дает возможность изменять дозу от сотен грей до десятков килогрей при обеспечении равномерности распределения дозы по поверхности и высокой производительности процесса.

Основные параметры линейного ускорителя для выбранного диапазона рабочей частоты - его энергия, длина, величина эффективного шунтового сопротивления, мощность источника СВЧ питания, коэффициент полезного действия, величина ускоренного тока пучка взаимосвязаны, поэтому возможность регулирования характеристик ускоренного пучка должна быть заложена на этапе расчета и оптимизации ускоряющей структуры и динамики пучка.

Разработка проекта импульсного линейного ускорителя электронов на энергию 10 МэВ с возможностью регулирования характеристик ускоренного пучка была начата в НИИЯФ МГУ совместно с АО «НПП «Торий» (в то время ФГУП «НПП «Торий») в 2003 г [1.11]. Результаты 3D расчетов ускоряющей структуры данного ускорителя были представлены в диссертации на соискание ученой степени к.ф.м.н.

А.А. Ветрова «Расчет электродинамических характеристик и оптических свойств ускоряющих структур в широком диапазоне длин волн» [1.12], защищенной в НИИЯФ МГУ 2004 г., результаты оптимизации структуры и динамики пучка в 2Б приближении - в диссертации А.В. Посеряева «Расчет динамики и оптимизация параметров ускорительных комплексов различного назначения» [1.13], защищенной в 2005 г.

Перед автором настоящей диссертации в 2007 г. была поставлена задача создания стендов с целью экспериментального исследования динамики пучка и достижения проектных параметров ускорителя.

1.1 Ускоряющая структура и динамика пучка 1.1.1 Предварительный выбор параметров ускорителя

В основу линейного ускорителя положена бипериодическая ускоряющая структура с внутренними ячейками связи, работающая на п/2 колебании в режиме стоячей волны. Для предварительного выбора параметров ускоряющей структуры используем упрощенное выражение для прироста энергии в ускоряющей структуре [1.14]:

Е = - /¿эф 1} (1.1)

где 2эф - погонное эффективное шунтовое сопротивление, £ - длина ускоряющей структуры, Ркл мощность источника СВЧ энергии, поступающая на вход структуры, Рс - коэффициент связи питающего волновода со структурой, / - импульсный ток ускоренного пучка. Данное выражение справедливо при прохождении сгустками нулевой фазовой протяженности ускоряющих зазоров в момент максимального поля при отсутствии расстройки частоты рабочего колебания относительно частоты СВЧ сигнала.

Для заданной величины 2эф, заданной мощности клистрона и энергии ускоренного пучка достижение необходимого значения электронного кпд ускоряющей структуры,

Л -^пуч о К/-КЛ, (1.2)

где , мощность пучка, обеспечивается выбором ее длины и величины

коэффициента связи с питающим волноводом, обеспечивающего близкую к нулю мощность отраженного СВЧ сигнала:

/^с _ 1 "" ^пуч ка/ —ст, (1.3)

Из выражений (1.1) - (1.3) следует:

Е2

¿=-"7-Г. (1.4)

Для работы с низкой скважностью с большими средними СВЧ потерями в стенках и большой средней мощностью ускоренного пучка для ускоряющей структуры линейного ускорителя на энергию 10 МэВ были выбраны увеличенные по сравнению с обычно принятыми толщина стенок между ускоряющими ячейками и ячейками связи и диаметр пролетного канала, что привело к заметному снижению , и, как следует из (1 .1 ), к росту затрат СВЧ мощности на создание ускоряющего поля.

На Рис. 1.1 показана рассчитанная по формуле (1.4) зависимость длины ускоряющей структуры от электронного кпд для значений Е = 10 МэВ, ¿=6 МВт, 2эф = 60 МОм/м. Взяв значение л = 0.75, что соответствует мощности и току пучка -п = 4.5 МВт и /= 0.45 А, получаем оценку длины структуры Ь =1.11 м.

В действительности, ускоряющая структура содержит в начальной части нерегулярные ячейки, обеспечивающие группирование, фокусировку и предварительное ускорение электронов до энергии, при которой возможно их ускорение в регулярных ячейках длиной в половину длины волны ускоряющего поля, , с минимальным скольжением фазы сгустка относительно фазы ускоряющего поля, что увеличивает общую длину ускоряющей структуры.

Необходимо также учесть, что СВЧ тракт поглощает некоторую часть СВЧ мощности клистрона.

) 0 2 0 4 Л ^лг 0 8 1

Элктронный кпд, отн. ед.

Рис. 1.1. Зависимость длины ускоряющей структуры от электронного кпд для значений

Е = 10 МэВ, Ркл = 6 МВт, гэф = 60 МОм/м.

1.1.2 Результаты оптимизации

Оптимизация ускоряющей структуры и динамики пучка в линейном ускорителе в двумерном приближении была выполнена в работе [1.13] с использованием программ РЛКМЕЬЛ [1.15] и ЗиРЕКЛЗН [1.16]. Целью оптимизации было определение характеристик ускоряющей структуры, электронной пушки, обеспечивающих ускорение электронов до энергии 10 МэВ с импульсным током около 400 мА с электронным кпд ускоряющей структуры около 75% при питании от клистрона с максимальной мощностью 6 МВт, работающего на частоте 2856 МГц.

В результате выполненной в работе [1.13] оптимизации была найдена геометрия ускоряющей структуры, состоящая из 24 ускоряющих ячеек, включая три нерегулярные с длиной менее половины длины волны и двадцать одну регулярную ячейку длиной Я/2. Были определены оптимальные длины и напряженности поля первых трех ячеек, была найдена геометрия трехэлектродной электронной пушки и

были получены параметры ускорителя, приведенные в Таблице 1.1. На Рис. 1.2 показано найденное распределение ускоряющего поля на оси структуры.

Таблица 1.1. Расчетные характеристики линейного ускорителя.

Напряжение на первом аноде электронной пушки -50 кВ

Напряжение на управляющем электроде электронной пушки1 12.9 кВ

Импульсное значение тока пушки 750 мА

Импульсное значение ускоренного тока 450 мА

Средняя энергия ускоренного пучка электронов 9.9 МэВ

Коэффициент захвата 60%

Электронный кпд 75%

Величина энергетического разброса на выходе структуры 0.6 МэВ

Фазовая ширина ускоренного сгустка 25°

Среднеквадратичный радиус пучка на выходе структуры 1.868 мм

Среднеквадратичный нормализованный эмиттанс 12.5 мм-мрад

Среднеквадратичная расходимость ускоренного пучка 1.21 мрад

Импульсная мощность потерь пучка 68.1 кВт

Импульсная мощность СВЧ потерь в ускоряющей структуре 1.5 МВт

0.30

А

|

1 р. п п п п п п п п п п п п п п п .п п п п п л = 1 ' 1 ! : ' ! ; » 5 ! « > • ' « ! ; : ! • ' ! ! ; 1 • ! ! • ; » » ; ! • 1 • ! '

: ■ ; * « » ; ; * 1 ; I • ; ¡1 > > $ : : ! ; • • ; ; ; ; • » • • ! * ¡5 * ; !; ; 5 : ; ' ! = ; 1 • • ! ! > ; 1 1 I • 1 ; 1 1 ; * | , 1 ! 5 = ! ! = 1 I • . * * ! ? 1 : ! ; ! * » г ■ I • > 1 1 ! , 1 ; ; > ! ! ; ; » 1 ! ; ? | ! I • | ; * ; $ 1 |

» ! { « ] 5 • ■ ? « 5 ! « » » < « ! ! ! « » 5 I ■ £ • • ! ! » • « ! « ! ! ■ 2 * ' * !;• >1 ! * ! * ! !» >1 « * !; » « ; ; * « « « !» ;; ! » > «

а! ¡У и У и У У У и У У У У У и и У У У и и У1

0 20 40 60 80 100 120

г (ст)

Рис. 1.2. Расчетное распределение поля на оси линейного ускорителя.

В работе [1.13] была также показана возможность регулирования энергии ускоренного пучка в диапазоне 5 - 10 МэВ за счет изменения уровня ускоряющего поля. Поскольку снижение уровня поля приводит к уменьшению фокусирующих сил электромагнитного поля и возрастанию расталкивающих сил пространственного заряда пучка из-за снижения энергии частиц, регулирование энергии требует

1 Относительно катода

2 Доля частиц в пределах указанного энергетического разброса и фазовой ширины сгустка.

установки фокусирующей соленоидальной линзы в начальной части структуры. На Рис. 1.3 приведены рассчитанные в [1.13] зависимости от уровня ускоряющего поля энергии частиц, среднеквадратичного радиуса пучка на выходе и коэффициента захвата при выключенном и включенном соленоиде.

10 -

10

И 9

8

7

6

5

3,0

2,8

2,6

2,4

Л 2,2

V 2,0

1,8

60 55

о4 50

1 45

- Ъ

^ 40 35 30

_____ 1—

___,1 1

РР 9

8

7

6

5

1,6

Я

я 1,2

Л

V 0,8

V

04

65

60

\0

о4 55

50

45

40

70 75 80 85 90 95 100

Процент от оптимального уровня СВЧ поля

70 75 80 85 90 95 100

Процент от оптимального уровня СВЧ поля

(а) (б)

Рис. 1.3. Зависимости энергии, среднеквадратичного радиуса, и коэффициента захвата, от величины общего уровня СВЧ поля при выключенном (а) и включенном (б) фокусирующем

поле [1.13].

Трехмерная оптимизация ускоряющей структуры с целью выбора размеров щелей связи для получения показанного на Рис. 1.2 распределения поля и определения размеров окна связи с питающим волноводом для достижения требуемого коэффициента связи была выполнена в работе [1.12]. Основные электродинамические характеристики ячеек регулярной части структуры приведены в Таблице 1.2.

Таблица 1.2. Основные электродинамические характеристики регулярной части

¿эф 71.3 МОм/м

00 13970

Ксв 4.94 %

Кпер 2.28

где Q0 - собственная добротность ускоряющих ячеек, Ксв - коэффициент связи между ячейками, Кпер - коэффициент перенапряжения - отношение максимального поля на поверхности структуры к максимальному полю на оси.

1.1.3 Дополнительные расчеты

Для разработки систем высоковольтного и высокочастотного питания стендов и планирования экспериментов в рамках данной работы с учетом результатов полученных в [1.12, 1.13] был выполнен ряд дополнительных расчетов. На Рис. 1.4 (а) показана связь импульсной мощности СВЧ потерь в стенках ускоряющей структуры, РСТ, и энергии пучка. Зависимость полного эффективного шунтового сопротивления от энергии, рассчитанная по формуле , показана на

Рис. 1.4 (б). Снижение эффективного шунтового сопротивления с уменьшением энергии обусловлено эффектом смещения фазы сгустка относительно фазы

ускоряющего поля.

10 9 8

> и

Е 7

6 5 4

0.7

а б

Рис. 1.4. (а) Связь мощности потерь в стенках и энергии пучка. (б) Зависимость эффективного шунтового сопротивления от энергии.

Поскольку коэффициент связи ускоряющей структуры с питающим волноводом фиксирован, для поддержания близкой к нулю отраженной СВЧ

мощности при уменьшении энергии пучка соотношение мощности пучка и мощности потерь в стенках должно оставаться неизменным в соответствии с формулой (1.3). На Рис. 1.5 показаны рассчитанные зависимости от энергии мощности клистрона и мощности пучка для =3.7, обеспечивающие близкую к нулю отраженную мощность. Отметим, что отношение мощности пучка к мощности клистрона (электронный кпд) в этом случае остается постоянным при изменении энергии, Ц = (Рс — 1)/Дс ~0.73.

<листрон ^^^

Пучок

4 5 6 7 8 9 10

Энергия пучка, МэВ

Рис. 1.5. Импульсная СВЧ мощность клистрона и импульсная мощность пучка в зависимости от энергии ускоренного пучка.

1 0.9 0.8 ' 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3

Ток пушки

Ускоренный ток

6 7 8 9

Энергия пучка,МэВ

а б

Рис. 1.6. Зависимости от энергии (а) ускоренного тока и тока пушки, обеспечивающие минимум отраженной волны; (б) напряжение на управляющем электроде относительно катода, необходимое для получения требуемого тока пушки

Поскольку, как это видно из Рис. 1.3, с изменением энергии существенно изменяется коэффициент захвата, для обеспечения необходимого значения тока ускоренного пучка, ток пушки должен изменяться соответствующим образом. На Рис. 1.6 (а) показаны рассчитанные зависимости от энергии тока ускоренного пучка и тока пушки. Регулирование тока пушки производится изменением напряжения на управляющем электроде. Расчетная зависимость напряжения на управляющем электроде от энергии показана на Рис. 1.6 (б). Микропервеанс пушки по управляющему электроду для напряжения на катоде -50 кВ составляет дР = 0 . 5 7 1 дАх В 3 /2.

1.2 Стенды линейного ускорителя

Экспериментальные исследования динамики пучка в линейном ускорителе проводились последовательно на двух стендах. Стенд №1 был предназначен для работы на низком, не более 4 кВт, уровне средней мощности пучка, на нем проводились измерения тока, энергетического спектра и поперечных размеров пучка. Стенд №2 был ориентирован на работу со средней мощностью пучка до 15 кВт, на нем выполнялись, главным образом, калориметрические измерения.

1.2.1 Стенд №1

На Рис. 1.7 приведена фотография стенда №1 [1.17], ниже описаны его электронная пушка, ускоряющая структура, магнитооптическая система, система СВЧ питания, система высоковольтного питания и система измерения параметров ускоренного пучка.

Рис. 1.7. Фотография стенда №1.

1.2.1.1 Электронная пушка, ускоряющая структура, соленоид

Электронная пушка и ускоряющая структура были изготовлены АО «НПП «Торий» в соответствии с результатами расчета [1.12,1.13]. Измерение характеристик и настройка пушки и структуры была проведена в НИИЯФ МГУ. Внешний вид ускоряющей структуры с установленными электронной пушкой, соленоидом и датчиком тока пучка показан на Рис. 1.8.

Датчик Ускоряющая Соленоид Электронная

Рис. 1.8. Внешний вид ускоряющей структуры с установленными электронной пушкой,

соленоидом и датчиком тока пучка.

Геометрия электродов и внешний вид трехэлектродной электронной пушки показаны на Рис. 1.9 (а,б), основные параметры - в Таблице 1.3. Пушка присоединяется к фланцу ускоряющей структуры, торцевая стенка структуры с пролетным отверстием служит анодом. На Рис. 1.10 (а) показана измеренная зависимость тока пушки от напряжения на управляющем электроде, на Рис. 1.10 (б) - накальная характеристика пушки.

Таблица 1.3. Параметры электронной пушки.

Рабочее напряжение на катоде -50 кВ

Номинальный импульсный пучка 700 мА

Диапазон регулирования тока 200 - 900 мА

Диапазон регулирования напряжения на управляющем 2 - 15 кВ

электроде

Ток накала 3.2 - 3.4 А

(а)

Высоковольтные провода

Фланец откачки

Присоединительный фланец

Управляющий электрод

Изолятор

Рис. 1.9. (а) Геометрия электродов и (б) фотография электронной пушки.

/ 1 1анода=47.1 КВ

3.4

3.«

3 3.2

Напряжение на управляющем электроде, кВ I ,д,

'нак

Рис. 1.10. (а) Измеренная зависимость тока пушки от напряжения на управляющем электроде. (б) Накальная характеристика пушки.

Измеренное распределение ускоряющего поля на оси структуры после ее пайки показано на Рис. 1.11. Параметры ускоряющей структуры приведены в Таблице 1.4. Ускоряющая структура была настроена на относительно небольшой коэффициент связи с питающим волноводом.

Рис. 1.11. Измеренное распределение ускоряющего поля на оси структуры. Таблица 1.4. Параметры ускоряющей структуры.

Частота рабочего колебания 2854.84 МГц

Собственная добротность 10900

Коэффициент связи с питающим волноводом 2.88

На Рис. 1.12 показано расчетное и измеренное распределение продольного магнитного поля на оси соленоида для тока обмотки 2 А, полного тока 1560 А^витков. Отметим, что катод расположен в точке 2=-25 см, для указанного тока обмотки индукция магнитного поля на катоде составляет около 6 Гс, что как будет показано далее, существенно влияет на динамику пучка в линейном ускорителе.

100

90

80

70

_ 60 "о

Ь 50 " 40 30 20 10 0

-50 -25 0 25 50

7. (СМ)

Рис. 1.12. Расчетное и измеренное распределение продольного магнитного поля на оси соленоида. Ток обмотки 2 А, полный ток 1560 Ахвитков. Катод расположен в точке г=-25 см

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ханкин Вадим Валерьевич, 2020 год

Литература к Главам 1,2.

1.1 V.I. Shvedunov, A.S. Alimov, A.N. Ermakov, A.N. Kamanin, V.V. Khankin, A.S. Kurilik, L.Yu Ovchinnikova, N.I. Pakhomov, N.V. Shvedunov, D.S. Yurov, I.V. Shvedunov, A.S. Simonov, Electron accelerators design and construction at Lomonosov Moscow State University, Radiation Physics and Chemistry, 2019, v. 159, p. 95-100

1.2 J.-P. Labrie, N.H. Drewell, N.A. Ebrahim, C.B. Lawrence, V.A. Mason, J. Ungrin and B.F. White, AECL IMPELA Electron Beam Industrial Irradiators, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B40/41 (1989) 1153-1157

1.3 D.R. Kerluke and J. McKeown, The commercial launch of IMPELATM, Radiat. Phys. Chem. Vol. 42, Nos 1-3, pp. 511-514, 1993.

1.4 P.J. Cracknell, A New Microwave EB Accelerator for Radiation Processing, Radiat. Phys. Chem., Vol. 46, No. 4-6, pp. 469-472, 1995

1.5 Allen, J.T, Calhoun, R., Helm, J., Kruger, S., Lee, C., Mendonsa, R., Meyer, S., Pageau, G., Schaffer, H., Whitham, K., Williams, C.B., Farrell, A Fully Integrated 10 MeV Electron Beam Sterilization System, Radiation Physics and Chemistry, Volume 46, Issues 4-6, Part 1, October-December 1995, Pages 457-460

1.6 Y. Kamino, 10 MeV 25kW Industrial Electron Linac, LINAC 96, p.836

1.7 K.I. Antipov, M.I. Ayzatsky, Yu.I. Akchurin, V.A. Gurin, V.N. Boriskin, V.I. Beloglasov, E.Z. Biller, N.V. Demidov, A.N. Dovbnya, I.V. Khodak, A.I. Kosoy, V.A. Kushnir, L.K. Myakushko, V.V. Mitrochenko, T.F. Nikitina, S.A. Perezhogin, G.D. Pugachev, O.A. Repikhov, L.V. Reprintzev, V.A. Shendrik, D.L. Stepin, G.E. Tarasov, A.E. Tolstoy, Yu.D. Tur, V.F. Zhiglo, V.L. Uvarov, M.A. Krasnogolovets, Yu.Ya. Volkolupov, High-Power Electron Linac for Irradiation Applications, In Proc. PAC 2001, p. 2805

1.8 V.A. Alexeev, A.E. Baranovsky, A.V. Belousov, V.N. Davydov, M.I. Demsky, K.A. Denisov, A.M. Fialkovsky, L.P. Fomin, Yu.N. Gavrish, S.N. Kochin, V.A. Larionovsky, K.N. Maslov, V.M. Nikolaev, D.A. Obodinsky, A.V. Orlov, A.V. Ryabtsov, V.V. Ryabov, Yu.P. Shchepin, V.V. Terentjev, Accelerating Units For Commercial Resonator Linacs Model UELR-10-10S Designed for Radiation Sterilization Development and Results of Testing, Problems of Atomic Science and Technology, 2006. № 2, Series: Nuclear Physics Investigations (46), p.91-93.

1.9 S. H. Kim, H. R. Yang, Y. G. Son, S. D. Jang, S. J. Park, M. Cho, W. Namkung, J. S. Oh, Commissioning of 10-Mev L-Band Electron Linac for Industrial Applications, In Proc. Linac 2008, p. 548.

1.10 D.S. Basyl, T.V. Bondarenko, M.A. Gusarova, Yu.D. Kliuchevskaia, M.V. Lalayan, S.M. Polozov, V.I. Rashchikov, E.A. Savin, M.I. Demsky, A. Eliseev, V. Krotov, D. Trifonov, Bumsoo Han, Wongu Kang, Heung Gyu Park, New 10 MeV High-Power Electron Linac For Industrial Application, In Proc. IPAC 2016, p.1794

1.11 А.В. Грызлов, В.Н. Ильин, С.В. Ламонов, А.П. Мусатов, П.В. Невский, В.Н. Сигалаев, Ю.Д. Степанов, И.А. Фрейдович, А.С. Алимов, А.А. Ветров, Б.С. Ишханов, А.Н. Каманин, Н.И. Пахомов, А.В. Посеряев, В.И. Шведунов, Н.В. Шведунов, Технологический ускоритель электронов на энергию 10 МэВ, Сборник докладов XI Международного совещания по применению заряженных частиц в промышленности и медицине, Санкт-Петербург 10-14 октября 2005, СПбГУ, 2005, стр. 132-135.

1.12 А.А. Ветров, «Расчет электродинамических характеристик и оптических свойств ускоряющих структур в широком диапазоне длин волн»

1.13 А.В. Посеряев, «Расчет динамики и оптимизация параметров ускорительных комплексов различного назначения»

1.14 P.B. Wilson, High Energy Electron Linacs: Applications to Storage Ring RF Systems and Linear Colliders, SLAC-PUB-2884 (Rev.), November 1991

1.15 L.M. Young, "PARMELA," Los Alamos National Laboratory report LA-UR-96-1835 (Revised April 22, 2003)

1.16 J.H. Billen and L.M. Young, "Poisson-Superfish," Los Alamos National Laboratory report LA-UR-96-1834 (Revised February 6, 2003).

1.17 A.S. Alimov, E.A. Alimov, A.N. Kamanin, V.V. Khankin, N.I. Pakhomov, V.I. Shvedunov, A.V. Gryzlov, S.V. Lamonov, A.P. Musatov, V.N. Sigalaev, Beam Parameters Measurement Of Technological 10 Mev Linac, XXI Российская конференция по ускорителям заряженных частиц RuPAC-2008, 28 сентября - 3 октября 2008 г., г. Звенигород, Россия, стр. 267-269

1.18 D.S. Yurov, A.S. Alimov, B.S. Ishkhanov, V.I. Shvedunov, Continuous-wave electron linear accelerators for industrial applications, Phys. Rev. AB, 20 (2017), p. 044702.

1.19 А.Н. Ермаков, Д.И. Ермаков, Б.С. Ишханов, Г.А. Новиков, А.С. Чепурнов, В.И. Шведунов, В.Р. Яйлиян, У.П. Трауэр, О.В. Милованов, Н.П. Собенин, А.И. Карев, П.В. Невский, И.А. Фрейдович, В.С. Скачков, Н.А. Архангелов, В.А. Даниличев, В.А, Павлов, Ю.С. Смирнов, Система инжекции и ускорения импульсного разрезного микротрона. Приборы и техника эксперимента, Техника ядерного эксперимента, N 4, с. 51-58, 2002

1.20 A.N. Ermakov, V.V. Khankin, A.S. Alimov, V.V. Klementiev, L.Yu. Ovchinnikova, N.I. Pakhomov, Yu.N. Pavshenko, A.S. Simonov, N.V. Shvedunov, V.I. Shvedunov, Commissioning of High Efficiency Standing Wave Linac for Industrial Applications, in Proc. RuPAC 2016, pp. 99-101

1.21 Practice for dosimetry in an electron beam facility for radiation processing at energies between 300 keV and 25 MeV, NTERNATIONAL ISO/ASTM STANDARD 51649, Second edition, 2005-05-15

1.22 А.С. Курилик, личное сообщение

1.23 W.B.Herrmannsfeldt, Developments in electron gun simulation, SLAC-PUB-6498 (1994).

1.24 V.I. Shvedunov, A.S. Alimov, A.S. Chepurnov, O.V. Chubarov, D.I. Ermakov, A.V. Tiunov, P.L. Tkachev, Effect of coupling slots on beam dynamics in accelerator structure of Moscow CW RTM, In Proc. PAC'95, Dallas, p. 3361

1.25 http://www.scandinovasystems.com/

1.26 В.В. Ханкин, В.И. Шведунов, Расчёт и измерение эффекта обратной бомбардировки катода в технологическом линейном ускорителе электронов со стоячей волной, Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия, 2020, № 1, с. 37-41

1.27 E. Tanabe, M. Borland, M.C. Green, R.H. Miller, L.V. Nelaon, S.J.N. Weaver, and H. Wiedemann, A 2-MeV Microwave Thermionic Gun, SLAC-PUB 5054, 1989

1.28 E. Tanabe, Linear accelerator with improved input cavity structure and including tapered drift tubes, US Patent 5,381,072, 1995

1.29 3. Lin Yuzheng, Tong Dechun, Yang Yue et al, Development of Compact Standing -wave Guides with on - Axis Coupler of Electron Linac for Medical Radiotherapy and Industrial Radiography, Tsinghua Science and Technology, ISSN 1007-0214 16/19 pp. 70 - 76, Volume 1, Number 1, March 1996

1.30 4. J. Ungrin, S.B. Alexander, S.T. Craig, G. Frketich, V.A. Mason, I.L. Mcintyre, M.P. Simpson, D.L. Smyth, R.J. West, and B.F. White, Operating Experience with the Impela-10/50 Industrial Linac, in Proceedings of the Linear Accelerator Conference 1990, pp. 587-589.

1.31 5. R.B. Miller, G. Loda, R.C. Miller, R. Smith, D. Shimer, C. Seidt, M. MacArt, H. Mohr, G. Robison, P. Creely, J. Bautista, T. Oliva, L.M. Young, D. DuBois, A highpower electron linear accelerator for food irradiation applications, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 211 (2003) 562-570

Литература к Главам 3, 4.

3.1 А.Н. Ермаков, Б.С. Ишханов, В.В. Ханкин, В.И. Шведунов, А.И. Карев, Н.И. Пахомов, Н.П. Собенин, Н.В. Шведунов, А.Н. Каманин, Е.Е. Журавлев, Многоцелевой импульсный разрезной микротрон на энергию 55МэВ, Приборы и техника эксперимента, 2018, № 2, с. 20-37

3.2 L.W. Alvarez, Nitrogen detection. Patent USA, №4756866. July 12 1988 / Oct. 9, 1985

3.3 W.P. Trower, The Nitrogen Camera and the Detection of Concealed Explosives, Nucl. Instrum. and Methods. B. 1993.V.79. P.589-592

3.4 Л.З.Джилавян, А.И.Карев, В.Г.Раевский, Обнаружение и идентификация скрытых взрывчатых веществ в системах фотоядерного детектирования, Известия РАН. Серия физическая. 2011, т.75, №2, с. 277-282

3.5 A.S.Alimov, A.S.Chepurnov ,O.V.Chubarov, et al, Moscow State University CW RaceTrack Microtron Status, Proceedings of the 1993 Particle Accelerator Conference, edited by S.T Corneliussen (IEEE Piscataway, 1993), p.2059-2062

3.6 V.I. Shvedunov, A.N. Ermakov, I.V. Gribov, E.A. Knapp, G.A. Novikov, N.I. Pakhomov, I.V. Shvedunov, V.S. Skachkov, N.P. Sobenin, W.P. Trower, and V.R. Yajlijan, 70 MeV Racetrack Microtron, Nucl. Instrum. Meth. A550 (2005) 39-53.

3.7 V.I. Shvedunov, R.A. Barday, D.A. Frolov, V.P. Gorbahev, E.A. Knapp, G.A. Novikov, N.I. Pakhomov, I.V. Shvedunov, V.S. Skachkov, N.P. Sobenin, W.P. Trower, S.A. Tyurin, A.A. Vetrov, V.R. Yailijan, and D.A. Zayarny, A Racetrack Microtron with High Brightness Beams, Nucl. Instrum. Meth. A531 (2004) 346-366

3.8 К.А. Беловинцев, А.И. Карев, В.Г. Куракин, Моделирование на ЭВМ процесса ускорения заряженных частиц в разрезном микротроне, Труды ФИАН. т.135, М, «Наука», 1983, с.146-167

3.9 К.А. Беловинцев, А.И. Букин, А.И. Карев, В.Г. Куракин, Е.В. Соннов, Запуск сильноточного разрезного микротрона ФИАН, Письма в ЖТФ, т.12, вып.15, 1986 г, с. 897-901

3.10 K.A. Belovintsev, A.I. Karev, V.G. Kurakin, The Lebedev Physical Institute racetrack microtron, Nucl.Instr&Methods, A261,1987, №1-2, p.36-38

3.11 А.И. Карев, Автоколебательный механизм разрушения электронного пучка в разрезном микротроне, Препринт ФИАН № 174, 1978, 18 с.

3.12 A.N. Ermakov, V.I. Shvedunov, RF-Systems and Pulsed Racetrack Microtron Current Instabilites, Nucl. Instrum. Meth. A550 (2005) 82-90

3.13 V.I. Shvedunov, H. Euteneuer K.-H. Kaiser, Bunch space charge limits in an RTM, Proceedings of 1997 particle accelerator conference, Vancouver, B.C., Canada, 12-16 May1997 p. 3866-3869

3.14 A.I. Karev, A.N. Lebedev, V.G. Raevsky, A.N. Kamanin, N.I. Pakhomov, V.I. Shvedunov, 55 MeV Race-Track Microtron of Lebedev Institute, XXI Russian Particle Accelerator Conference RuPAC-2008 Contributions to the Proceedings, p. 124-127

3.15 A.I. Karev, A.N. Lebedev, V.G. Raevsky, A.N. Ermakov, A.N. Kamanin, V.V. Khankin, N.I. Pakhomov, V.I. Shvedunov, N.P. Sobenin, L. Brothers, L. Wilhide, 55 MeV special purpose race-track microtron commissioning, XXII Russian Particle Accelerator Conference RuPAC-2010 Contributions to the Proceedings, p. 316-318

3.16 A.N. Ermakov, V.V. Khankin, N.I. Pakhomov, V.I. Shvedunov, A.I. Karev, V.G. Raevsky, Operational Experience with 55 MeV Pulsed RTM, XXIII Russian Particle Accelerator Conference RuPAC-2012 Contributions to the Proceedings, p. 538-540

3.17 Babic H. and Sedlacek M. A method for stabilizing particle orbits in the race -track microtron. Nuclear Instruments and Methods, 1967, Vol. 56, Issue 1, pp. 170-172

3.18 R.E. Rand, Recirculating Electron Accelerators, Harwood Academic Publishers, New York, 1984

3.19 M.A. Green, E.M. Rowe, W.S. Trzeciak, W.R. Winte, Design and Operation of the 100 MeV Aladdin Microtron Injector, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-28, No. 3, June 1981, p. 2074

3.20 W.P. Trower, A.I. Karev, V.N. Melekhin, V.I. Shvedunov, N.P. Sobenin, A mobile light source for carbon/nitrogen cameras, Nuclear Instruments and Methods B, 1995, Vol. 99, pp. 736-738

3.21 V. Veksler, A new method of acceleration of relativistic particles, Journal of Physics, 1945, V. IX, No. 3, pp. 153-158

3.22 В.Г. Геворкян, А.Б. Савицкий, М.А. Сотников, В.И. Шведунов, RTMTRACE, Рукопись, депонированная в ВИНИТИ 183-B89 (1989)

3.23 W.B. Herrmannsfeldt, EGUN - An electron optics and gun design program, Stanford Linear Accelerator Center, SLAC-331, UC-28 (A), (1988).

3.24 PARMELA - code, originally developed by K. R. Crandall

3.25 A.N. Ermakov, V.A. Khankin, Yu.A. Kubyshin, N.I Pakhomov, J.P. Rigla, V.I. Shvedunov, Design and Magnetic Measurements of the Extraction Magnet For 55 MeV Race Track Microtron, MSU-SINP Preprint No 2011-2/866

3.26 A.N. Ermakov, D.I. Ermakov, B.S. Ishkhanov, et al, An Injection and Acceleration System of a Pulsed Race-Track Microtron, Instruments and Experimental Techniques, v. 45, № 4, 2002, p. 51-58

3.27 http://www.protom.ru

3.28 http://www.ni.com

3.29 A.I. Karev, V.G. Raevsky, L.Z. Dzhilavyan, V.D. Laptev, N.I. Pakhomov, V.I. Shvedunov, V.I. Rykalin, L.J. Brothers, L.K. Wilhide, Device for Detection and Identification of Carbon- and Nitrogen-Containing Materials, Patent US 8,681,939 B2, 2014

3.30 Е.Е. Журавлёв, А.И. Карев, В.Б. Лопатко, В.В. Ханкин, С.Н. Черепня, В.И. Шведунов, Фотоядерная технология обнаружения скрытых взрывчатых веществ, Ядерная физика и инжиниринг, 2017, том 8, №4, с 336-372

3.31 Р. А. Алиев, С.С. Белышев, Л.З. Джилавян, Б.С. Ишханов, В.В. Ханкин, В.И. Шведунов, Исследование возможности получения и выделения радиоизотопа 18 F на ускорителях электронов, Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия 2014 №3, с. 29-32

3.32 S.S. Belyshev, A.N. Ermakov, B.S. Ishkhanov, V.V. Khankin, A.S. Kurilik, A.A. Kuznetsov, V.I. Shvedunov, K.A. Stopani, Studying photonuclear reactions using the activation technique, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A, 2014, v. 745, p. 133-137

3.33 S.S. Belyshev, D.M. Filipescu, I. Gheoghe, B.S. Ishkhanov, V.V. Khankin, A.S. Kurilik, A.A. Kuznetsov, V.N. Orlin, N.N. Peskov, K.A. Stopani, O. Tesileanu, V.V. Varlamov, Multinucleon photonuclear reactions on 209Bi: Experiment and evaluation, European Physical Journal A, 2015, том 51, с. 67-75

3.34 С.С. Белышев, Л.З. Джилавян, А.Н. Ермаков, Б.С. Ишханов, А.А. Кузнецов, А.С. Курилик, К.А. Стопани, В.В. Ханкин, В.И. Шведунов, Образование 18F в реакции 19F(y, n), Известия Российской академии наук. Серия физическая, 2013, том 77, № 4, с. 531-534