Cost effective prediction of temperature peaks due to intensive nanosecond RF heating in particle accelerator resonant cavities

• Autorzy: Zelek G.

Warianty tytułu

PL

Wydajne szacowanie maksymalnych temperatur wywołanych intensywnym polem RF na ściankach komór przyspieszających akceleratora cząstek elementarnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Accelerating cavities are thermally loaded due to Joule heat dissipated in a skin layer of internal walls caused by the electromagnetic field present inside the chamber. When cavities are fed with cyclic intensive RF pulses split by idle intervals beside steady-state temperature field, a result of averaged thermal load, one may ask about temporary temperature peaks. The paper presents why straightforward use of transient thermal simulations of a full scale model cannot provide reliable temperature peak estimation. As a remedy a hybrid numerical-analytical approach is proposed.

PL

Przyspieszające komory rezonansowe stosowane w akceleratorach cząstek elementarnych są obciążone termicznie ciepłem generowanym prądami naskórkowymi wywołanymi polem elektromagnetycznym występującym w jej wnętrzu. Ponieważ cykl pracy obejmuje części aktywną i bierną, obok ustalonego pola temperatur wynikającego z czasowego uśrednienia obciążenia można postawić pytanie o wartości chwilowe temperatur. Jak przedstawiono w artykule, pełnowymiarowa analiza nieustalona w tym przypadku nie jest narzędziem właściwym. W zamian zaproponowano odpowiednie mieszane podejście numeryczno-analityczne.

Słowa kluczowe

EN

intensive surface heating; particle accelerator; RF cavity

PL

akcelerator cząstek; intensywne powierzchniowe obciążenia cieplne; komory RF

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Mechanika
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 108, z. 4-M/2
• Strony: 531--537
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz.,Wz., il.,

Twórcy

autor

Zelek G.

• Instytut Inżynierii Cieplnej i Procesowej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] Elis J., Wilson I., New physics with the Compact Linear Collider, Nature, vol. 409, 18 January 2001 (clic-collaboration-meeting.web.cern.ch/clic-collaborationmeeting/documents/Nature%20Jan%202001.pdf).
• [2] Hartman N., Rimer R.A., Electromagnetic, Thermal, and Structural Analysis of RF Cavities Using ANSYS, Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference, Chicago (www-eng.lbl.gov/~hartman/NLC/RF/MPPH060.pdf).
• [3] Accelerating power for LHC, CERN Courier, June 25, 1999 (cerncourier.com/cws/article/cern/28034).
• [4] Clements E., CLIC the Compact Linear Collider, Symmetry, vol. 2, issue 06, August 5, 2005 (www.symmetrymagazine.org/cms/?pid=1000156).
• [5] Braun H. et al., CLIC 2008 parameters, CLIC note – 764 (cdsweb.cern.ch/record/1132079/files/CERN-OPEN-2008-021.pdf).
• [6] Ginzburg N.S. et al., Experiment on pulse heating and surface degradation of a copper cavity powered by powerful 30 GHz free electron maser, Physical Review Special Topics – Accelerators and Beams 14, 041002 (2011) (prst-ab.aps.org/abstract/PRSTAB/v14/i4/e041002).
• [7] Zelek G., Double way interface between HFSS and ANSYS (clic-meeting.web.cern.ch/clic-meeting/2006/10_13-2min.html).
• [8] Carslaw H.S., Jaeger J.C., Conduction of heat in solids, Second edition, Oxford University Press 1959.
• [9] Rathore M.M., Kapuno Raul R.A., Engineering heat transfer, Second edition, Infinity Science Press 2010.