Исследования динамики заряженных частиц при выводе пучков из ускорителей высоких энергий, разработка и совершенствование высокоэффективных систем вывода на ускорительном комплексе ИФВЭ

• Автор: Федотов, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 183 с.

Глава 1. Теоретические вопросы прикладных проблем при выводе

частиц из ускорителей

1.1 Обобщённый гамильтониан движения заряженных частиц

в магнитном поле

1.2 Резонансы, возбуждаемые квадратичной нелинейностью

1.3 Исследование нелинейных резонансов связи третьего порядка

# 1.4 Адиабатическая ширина суммового резонанса связи

третьего порядка

1.5 Влияние стабилизирующей нелинейности на суммовой резонанс связи

1.6 Разностные резонансы связи

1.7 Нелинейные резонансы связи высших порядков

Глава 2. Вопросы организации вывода ускоренных частиц из
ускорителей на высокие энергии
2.1 Структура прямолинейных промежутков ускорителя-накопителя
2.2 Возбуждение резонансной гармоники магнитного поля для системы медленного вывода
2.3 Учет стабилизирующего действия нелинейностей
« магнитного поля при медленном выводе
2.4 Получение равномерной временной структуры при
медленном выводе
Глава 3. Численные методы исследования движения в
нелинейных магнитных полях
3.1 Нахождение собственных чисел матрицы связанного двумерного
• движения
3.2 Матрицы двумерного движения в поле нелинейных элементов
в тонколинзовом приближении

3.3 Быстрый алгоритм поиска фиксированных точек
3.4 Иллюстративные примеры использования метода исследования движения с помощью анализа устойчивости фиксированных точек
Глава 4. Использование каналирования для вывода частиц
из ускорителей
4.1 Движение протонов в прямом и изогнутом кристалле
4.2 Деканалирование
4.3 Вывод частиц с помощью изогнутых кристаллов

4.4 Наведение пучка на кристалл
4.5 Вывод протонного пучка в направление канала №2
4.6 Вывод пучка с помощью кристаллов в канал №8 (22)
4.7 Одновременная работа вывода пучка с помощью кристалла
и двух внутренних мишеней
^ Глава 5. Модернизация системы медленного вывода ускорителя У
5.1 Модуляция функций Флоке с помощью возмущения
структуры ускорителя короткими квадрупольными линзами
5.2 Моделирование медленного вывода в модернизированной системе
5.3 Экспериментальные исследования и запуск системы медленного
^ вывода после модернизации
Заключение
Литература
Приложение
Приложение
Приложение
ф Приложение
Эффективность использования ускорителей заряженных частиц для физических экспериментов в большой степени зависит от решения вопросов вывода ускоренного пучка. В зависимости от требований физической установки длительность вывода и интенсивность выводимого пучка может варьироваться в очень широких пределах. Широко использовавшиеся в свое время пузырьковые камеры требовали быстрого вывода длительностью от микросекунд до 1-2 миллисекунд. Эксперименты с использованием счетной методики требуют медленного вывода максимально возможной длительности. Повышение энергии современных ускорителей и накопителей сопровождается ростом интенсивности ускоряемых пучков. При этом особо важное значение приобретают вопросы достижения максимальной эффективности вывода, так как в ускорителях используются сверхпроводящие магнитные элементы. Применение сверхпроводимости позволяет с довольно высокой экономической эффективностью достичь сверхвысоких энергий пучков заряженных частиц, но налагает жесткие требования к потерям частиц в процессе ускорения и вывода. Важным требованием к качеству выводимого пучка является обеспечение временной стабильности (однородной структуры) в процессе вывода. Отсутствие пульсаций интенсивности при выводе повышает эффективное время использования выведенного пучка экспериментальной физической установкой.
Вопросы динамики пучков при организации их вывода начали представлять большой интерес уже в первых ускорителях, имевших энергию единицы ГэВ. Системы вывода в таких ускорителях основывались на использовании внутренних мишеней (схема Пиччони), проходя через которые частицы теряли импульс, смещались на орбиту меньшего радиуса и попадали в выводной магнит [1,2]. Малая эффективность таких систем требовала развития новых методов. Развитие общих вопросов теории устойчи-

л=3,4,5,... - порядок резонанса, п-1 — степень нелинейности магнитного поля, возбуждающая резонанс, £=2,4 1(п/2). Произведя преобразования:
К м
I = = const > 0 - второй интеграл движения, V - (п - к)х¥х - кЧ*
п-к к у
I а'2
•к = т+ 7~’ Иг = (п-к)'¥х+№у,
п-к к
и далее * = у > 1, Ж= получим гамильтониан, который соответствует случаю I раздела 1.3,
к * . .
Я(х,1Р) = (-1)2^С*|Ст|^у^ 2 1Тх + )~(х-Усо$1У+ 2кк8-х ТЛ ж ^ 5Я(Х,Ж)
Из уравнения для фазы = — = 0 можно получить величину рес1Ы дх
зонанснои расстройки для заданного х
^+1 ^-2 п-к
(-1У А- Г2 (х +1) 2 (х -1)2 (пх + 2 к- п) Акл
где для сокращения записи введено обозначение
п-к к
2 I(п-к
А = -СкпС,
2 (к
п т Л
п
Для точки на границе круглого пучка, где второй интеграл 1=0 (случай И), гамильтониан имеет простой вид
к гг
Н{¥,]) = (-1)2 р соьЖ + 2клд • ],

где ] = J • Ап~2. Для этой точки, которая, как указывалось выше, является на границе круглого пучка самой неустойчивой, из уравнения для фазы
(И¥ дН п „ „
= = 0 получим величину мгновенной резонансной расстройки
с/Я д]