Тонкий сверхпроводящий соленоид для детектора КМД-3

• Автор: Брагин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Сверхпроводящие соленоиды для детекторов физики элементарных частиц

1.1. Общие требования к соленоидам

1.2. Соленоиды, стабилизированные алюминием

1.3. Соленоиды с шунтированными витками

1.4. Особенности соленоида детектора КМД

Глава 2. Разработка и изготовление сверхпроводящего соленоида

2.1. Разработка сверхпроводящего соленоида детектора КМД-3. Описание конструкции

2.1.1. Магнитные расчеты

2.1.2. Выбор и характеристики сверхпроводящего провода

2.1.3. Описание конструкции
2.1.4. Шунтирующее сопротивление
2.1.5. Электрическая схема соленоида
2.2. Расчеты соленоида в основных режимах работы
2.2.1. Механическое воздействие на обмотку
2.2.2. Тепловые расчеты
2.3. Стабильность обмотки
2.3.1. Краткий обзор проблемы стабильности
2.3.2. Критерии стабильности
2.3.3. Стабильность соленоида детектора КМД
2.4. Срыв сверхпроводимости в соленоиде
2.4.1. Основные определения срыва сверхпроводимости
2.4.2. Механизмы, ускоряющие срыв
2.4.3. Оценка температуры элементов обмотки соленоида после срыва
2.5. Изготовление соленоида
2.5.1. Работа с макетом соленоида
2.5.2. Изготовление соленоида Глава 3. Разработка и изготовление криогенной системы
3.1. Разработка криогенной системы соленоида
3.2. Описание системы криостатирования
3.3. Расчеты режимов криостатирования соленоида
3.3.1. Стационарный режим
3.3.2. Режим охлаждения гелиевой системы
Глава 4. Испытания криогенной системы и соленоида
4.1. Испытания гелиевой емкости
4.1.1. Описание и цели испытаний
4.1.2. Результаты испытаний
4.1.3. Сравнение результатов с расчетными данными. Выводы
4.2. Испытания криогенной системы
4.2.1. Задачи испытаний и описание испытательного стенда
4.2.2. Проведение испытаний
4.3. Испытания соленоида
4.3.1. Описание испытательного стенда
4.3.2. Проведение и результаты испытаний
4.3.3. Анализ полученных результатов
Г лава 5. Работа соленоида в детекторе КМД-3 и дальнейшие перспективы разработки тонких соленоидов
5.1. Испытания магнитной системы в детекторе КМД
5.2. Возможности по улучшению конструкции тонкого соленоида
5.3. Сравнение параметров соленоида КМД-3 с другими соленоидами Заключение
Литература
Введение

В ИЯФ СО РАН им. Г.И. Будкера идет работа по созданию электрон-позитронного накопителя ВЭПП-2000, рассчитанного на энергию 2 ГэВ в системе центра масс. В накопителе используется метод круглых пучков с проектной светимостью 1032 см'2с'1 при энергии 1,9 ГэВ в системе центра масс [1].
На накопителе ВЭПП-2000 будут работать два детектора: сферический нейтральный детектор (СНД) и универсальный криогенный магнитный детектор (КМД-3). Основное отличие этих детекторов состоит в использовании магнитного поля для регистрации заряженных частиц - СНД не имеет магнитного поля. Многочисленные физические задачи детектора КМД-3 делятся на две группы [2]: 1) прецизионное измерение фундаментальных констант и изучение фундаментальных симметрий физики элементарных частиц; 2) изучение эксклюзивных каналов адронных сечений и связанной с ними физики адронов при низких энергиях.
Основными параметрами элементарных частиц, измеряемыми в детекторах, являются энергия и импульс. Фундаментальным принципом определения импульса заряженной частицы является измерение кривизны траектории частицы в магнитном поле. Детектор КМД-3 содержит магнитный спектрометр для измерения импульса заряженных частиц.
Целью данной работы является разработка тонкого сверхпроводящего соленоида для создания магнитного поля в центре детектора КМД-3. Решение физических задач детектора КМД-3 с использованием сверхпроводящего соленоида определяет актуальность работы.
Основное требование к конструкции соленоидов физики элементарных частиц состоит в минимизации толщины соленоида в терминах радиационной. длины. При этом элементарные частицы, проходя через элементы конструкции соленоида, будут терять меньше энергии, что уменьшает систематическую ошибку при измерении их энергии. Это требование является определяющим и

ставляет 10 см. Один конец алюминиевых полосок на внутренней стороне бобины приклеен к трубке с жидким гелием. Верхний слой полосок приклеен над трубкой через толщину бобины. Трубка с жидким гелием расположена на одном торце соленоида.
Рис. 14. Расположение шунтов и алюминиевых полосок в пространстве.
Вклад элементов конструкции соленоида в радиационную толщину показан в Таб. 7. Можно сказать, что основной вклад в радиационную толщину дают сверхпроводящий провод и алюминиевая бобина.
Таб. 7 Вклад элементов конструкции соленоида в радиационную толщину
Материал Толщина Радиац. толщина Доля мате-
X, мм Хо мм Х/Хо риалов, %
СП кабель БГЬТРСи =1/1 0.68 17.7 0.0384
Бобина, А1 3.07 88.9 0.0345
Полоски, А1 99.999 % 1.0 88.9 0.0112
Шунты, Л63 0.001 14.3 6.0*10'5
Эпоксидный компаунд, С 0.22 188 0.0012
Итого по обмотке, Х1о1 0.0854
Вакуумный объем, А1 2 88.9 0.0225
Радиационный экраны, А1 2 88.9 0.0225
Итого 0.1304