Бетатроны в настоящее время пользуются большим спросом на мировом рынке. В НИИ Интроскопии при ТПУ налажен серийный выпуск бетатронов, в том числе и бетатронов с радиально-гребневыми полюсами. Повышенный интерес к этому типу ускорителей обусловлен тем, что они представляют собой надежный, малогабаритный и сравнительно дешевый источник электронного и тормозного излучения. Единственное, что тормозит применение бетатрона на практике – недостаточная величина интенсивности генерируемого излучения, определяемая количеством частиц, захваченных в процесс ускорения, а в случае получения электронных пучков – и эффективностью вывода частиц из ускорителя.

Для выяснения причин сравнительно малого захваченного в ускорение заряда в бетатроне требуется произвести детальное моделирование процесса инжекции и ускорения электронов. Одним из основных вопросов при этом является выяснение механизма инжекции и захвата электронов в ускорение. В свое время был предложен целый ряд теорий, объясняющих механизм захвата электронов в ускорение в бетатроне. Однако экспериментальных данных, убедительно подтверждающих ту или иную гипотезу, до сих пор нет. Большинство экспериментальных и теоретических работ опирается на так называемый коллективный механизм захвата электронов в ускорение, согласно которому основную роль при захвате электронов в ускорение играет кулоновское взаимодействие инжектированных частиц. В работе [1] высказана гипотеза, подтвержденная практическими наблюдениями, что захвату электронов в ускорение способствуют электретные свойства оболочки ускорительной камеры.

Вопросами вывода электронного пучка из магнитного поля бетатрона с азимутальной вариацией поля исследователи занимаются уже давно, и достигли в этом направлении определенных успехов. Однако теоретического обоснования некоторых аспектов этого вопроса до сих пор нет.

Таким образом, несмотря на достаточно большой срок использования бетатрона с азимутальной вариацией поля на практике, в процессах захвата электронов в ускорение и вывода электронного пучка за пределы ускорителя до сих пор осталось много неизвестных моментов, требующих уточнения. В первую очередь, это относится к исследованиям по выяснению механизма захвата инжектированных электронов в индукционный режим ускорения. Кроме того, многие вопросы, определяющие оптимальные условия работы бетатрона с азимутальной вариацией поля, до сих пор решены не полностью.

Это объясняется тем, что ранее вопросы по захвату и выводу рассматривались в основном путем анализа решений линеаризованных уравнений движения, а также с включением в них нелинейных членов, справедливых для малых отклонений электронов от равновесной орбиты, что существенно искажало реальную картину данных процессов.

Кроме того, применение имеющихся на данный момент теоретических моделей конфигураций магнитного поля бетатрона с азимутальной вариацией для исследования динамики частиц в процессе вывода, как оказалось, ограничено.

Актуальность работы заключается в необходимости уточнения динамики электронного пучка бетатрона с азимутальной вариацией поля в момент захвата и вывода за пределы поля ускорителя.

Реальные возможности современной электронно-вычислительной техники позволяют значительно сократить объем времени на проведение физического эксперимента по исследованию процессов инжекции и захвата электронов в ускорение, эффективности применения дополнительных импульсных магнитных полей во время инжекции, вывода ускоренного электронного пучка из бетатрона, проведя численное моделирование указанных процессов.