Исследование метода двумерной неразрушающей диагностики поперечных характеристик пучков ускоренных заряженных частиц на основе ионизации остаточного газа

• Автор: Гаврилов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва, Долгопрудный
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ ПРИНЦИПОВ ИЗМЕРЕНИЙ.

1.1 Принципы работы ионизационных профилометров.

1.2 Обзор современных ионизационных профилометров.

1.3 Анализ существующих конфигураций и выводы.

Глава 2. СХЕМА И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ИОНИЗАЦИОННОГО

МОНИТОРА ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПУЧКА.

2.1 Упрощенный анализ движения ионов в детекторе

2.2 Расчетная модель динамики ионов в ИМПС

2.3 Пространственное разрешение, чувствительность и точность

Монитора.
2.4 Анализ численных результатов моделирования и выводы.
Глава 3. ОСОБЕННОСТИ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
МОНИТОРА НА ЛИНЕЙНОМ УСКОРИТЕЛЕ ИЯИ РАН.
3.1 Регистрация и обработка телевизионного изображения.
3.2 Влияние радиационного фона линейного ускорителя на
работу Монитора.
3.3 Взаимодействие нейтронов с электроникой.
3.4 Анализ реализованных особенностей и выводы.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.
4.1 Измерения поперечного сечения пучка.
4.2 Измерения поперечного эмиттанса пучка.
4.3 Диагностические возможности монитора на основе свечения 95 остаточного газа.
4.4 Анализ преимуществ Ионизационного монитора и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Литература.
Приложение.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
Пучки ускоренных заряженных частиц в настоящее время активно используются не только в ядерной физике и физике высоких энергий, но и находят все более широкое применение в биологии, медицине и физике твердого тела.
Проблема измерения параметров пучков возникла в экспериментальной ядерной физике с момента открытия радиоактивного распада ядер. Однако наиболее интенсивное развитие методов диагностики пучков связано с созданием ускорителей заряженных частиц. Для обеспечения заданных параметров пучка частиц на выходе ускорителя, а также для исследования динамики пучка непосредственно в процессе ускорения требуется измерять самые различные параметры в зависимости от принципа ускорения и типа ускорителя (энергия, ток, распределение плотности тока по сечению, поперечные и продольные размеры, энергетический спектр, эмиттанс и др.)
Для получения информации о параметрах пучка используются детекторы, различающиеся не только физическим принципом действия, но и степенью сложности, и способом обработки данных для их дальнейшего использования в автоматизированных системах управления ускорителем. Оптимальный выбор диагностического оборудования является достаточно сложной задачей, поэтому существует тенденция проектирования конкретных систем диагностики ускорителя на основе минимального количества разнородных детекторов.
Несмотря на большое количество существующих приборов диагностики, в настоящее время остается актуальным вопрос о разработке новых многопараметрических детекторов, способных работать в широком динамическом диапазоне и обладающих высокой помехоустойчивостью. Особое место в таких разработках занимают приборы для неразрушающей диагностики, позволяющие проводить измерения без возмущений исследуемого пучка.

ГЛАВА
СХЕМА И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ИОНИЗАЦИОННОГО МОНИТОРА ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПУЧКА.
2.1 Упрощенный анализ движения ионов в детекторе.
Ионизационный монитор поперечного сечения (ИМПС) был предложен ранее в НИЦ «Курчатовский институт» [25] и нашел практическое применение на нескольких ускорителях: как на пучках заряженных частиц, так и на пучках синхротронного излучения [26].
В основе работы Монитора лежит эффект ионизации остаточного газа в ионопроводе ускорителя, что позволяет проводить измерения без возмущений исследуемого пучка.
С помощью ИМПС измеряется двумерное поперечное распределение
плотности частиц пучка Цх,у,/) = р(х,у,г,0с(гА, где х, у - поперечные
координаты, 2 - продольная, ( - время. Путем интегрирования измеряемого двумерного распределения по одной из поперечных координат может быть найден профиль пучка по другой поперечной координате, аналогичный профилям, измеряемым, например, с помощью проволочных сканеров или одномерных ионизационных профилометров. При этом обработка результатов измерений двумерного поперечного распределения позволяет определить положение центра пучка, а в сочетании с элементами фокусирующего канала, осуществляющими линейное преобразование в поперечном фазовом пространстве, ИМПС может быть использован для восстановления поперечного эмиттанса пучка.
Ионизационный монитор поперечного сечения пучка был разработан и для линейного ускорителя ИЯИ РАН [27], предназначенного для ускорения интенсивных пучков протонов до энергии 600 МэВ. В последние годы, в силу, главным образом, экономических причин, максимальная энергия составляет 209 МэВ. После последнего работающего ускоряющего резонатора пучок без