Разработка методов, средств и экспериментальное исследование микроструктуры пучка в линейных ускорителях ионов

• Автор: Фещенко, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ. ВЫБОР

МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ И КОНФИГУРАЦИИ ДЕТЕКТОРА.

1.1 Требования к детекторам микроструктуры пучка.

1.2 Краткий обзор методов измерений.

1.2.1 Методы измерений с использованием вторичных 16 низкоэнергетических электронов. Выбор конфигурации детектора.

Глава 2. РАСЧЕТ ДЕТЕКТОРА И ЕГО ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ.

2.1 Принцип работы детектора. Фазовое разрешение.

2.2 Влияние собственных полей пучка на точность измерений.

2.3 Учет токов в мишени.

2.3.1 Учет токов, наводимых анализируемым пучком.
2.3.2 Учет токов вследствие эмиссии вторичных электронов.
2.4 Нагрев мишени.
2.5 Возмущение исследуемого пучка.
Глава 3. МОДИФИКАЦИИ ДЕТЕКТОРОВ. ПРАКТИЧЕСКАЯ
РЕАЛИЗАЦИЯ. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ.
3.1 Анализатор фазового спектра.
3.2 Измеритель средней скорости и длительности сгустков.
3.3 Измеритель трехмерного распределения.
3.4 Наладка детекторров
3.5 Основные системы детекторов.
3.5.1 ВЧ система.
3.5.2 Высоковольтная система.
3.5.3 Система регистрации электронов.
3.5.4 Система контроля и управления.

Глава 4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ.
4.1 Методика настройки группирующей системы.
4.2 Метод установки амплитуды поля по форме сгустков.
4.3 Метод измерения продольного эмиттанса.
4.4 Методика измерения продольного ореола.
Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАБОТЫ
ДЕТЕКТОРОВ.
5.1 Проверка условий реализуемости метода измерений.
5.2 Проверка фокусировки и отклонения электронов.
5.3 Влияние эффектов пространственного заряда.
5.4 Особенности измерений микроструктуры пучка ионов Н".
5.5 Эффект нагрева мишени.
5.6 Чувствительность детекторов
Глава 6. ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ПУЧКА. В
ЛИНЕЙНЫХ УСКОРИТЕЛЯХ ИОНОВ.
6.1 Установка амплитуды поля в первом ускоряющем резонаторе 100 ЛУ ММФ
6.2 Измерения параметров пучка на выходе начальной части ЛУ 102 ММФ. Установка амплитуды и фаза в пятом резонаторе.
6.3 Измерения продольного эмиттанса.
6.4 Измерения продольного ореола.
6.5 Исследование параметров пучка на ускорителях БЗС-ІШЗ, 112 Ьіпас-З ЦЕРН, ШР-ЛРд, Ппас-3 ОЕБУ.
6.6 Исследование параметров пучка на ускорителе Ьіпас-2 ЦЕРН 120 с помощью детектора трехмерного распределения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Литература.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Интерес, проявляемый в настоящее время к линейным ускорителям ионов, обусловлен возможностью получения с их помощью пучков ионов высокой интенсивности и достаточно высокой энергии. Линейные ускорители ионов используются как в качестве самостоятельных ускорителей, так и в качестве инжекторов синхротронов.
Наиболее крупными работающими линейными ускорителями ионов являются ускоритель нейтронного научного центра Лос-Аламосской национальной лаборатории (ранее ускоритель мезонной фабрики) на энергию 800 МэВ и средний ток до 1 мА /1/ и ускоритель московской мезонной фабрики ИЯИ РАН (ЛУ ММФ) на проектную энергию 600 МэВ и средний ток до 0,5 мА /2-4/. В лаборатории ORNL (Окридж, США) ведется строительство ускорителя на энергию 1 ГэВ и средний ток до 1,4 мА для нейтронного источника SNS /5/. В Японии начато сооружение линейного ускорителя для совместного проекта JAERI/KEK на энергию 400 МэВ и средний ток 1,25 мА 16/. Ведется разработка проектов линейных ускорителей для Европейского нейтронного генератора ESS (энергия 1330 МэВ, средний ток 3,7 мА) 111 и для нейтринного генератора CERN /8/ на энергию 2 ГэВ и средний ток 2 мА. Обсуждаются проекты ускорителей для электроядерных установок со средним током десятки, и даже сотни миллиампер и энергией около 1 ГэВ. Наибольшее развитие получил проект линейного ускорителя в рамках APT (США) /9/ на энергию 1,7 ГэВ и средний ток 100 мА. Для этого проекта в LANL ведется разработка, изготовление и испытания ключевых узлов ускорителя. В частности, успешно запущен ускоритель непрерывного действия LEDA на энергию 6,7 МэВ и ток более 100 мА, включающий протонный инжектор и структуру RFQ /10/.
Разрабатываются и модернизируются линейные ускорители, являющиеся инжекторами для кольцевых машин. Хотя средняя интенсивность пучка в этих ускорителях не столь высока, однако в ряде случаев их параметры

энергии (рис. 14).
На рис. 18 показана зависимость фазового разрешения А<рс, вычисленная по формуле (7), от <рь ■ Характер данной кривой может меняться в зависимости от выбранного фокусирующего потенциала У{Ж. В данном случае выбран потенциал, при котором получается минимальный среднеквадратический размер сфокусированного пучка, усредненный по всему сгустку, при нулевом отклоняющем поле, поскольку именно этот потенциал находится экспериментально и устанавливается при настройке детектора.
Фаза, град (202, 56 МГц)
Рис. 18 Зависимость фазового разрешения от фазы вылета из мишени.
Рассматриваемые погрешности зависят от многих параметров. В работах /67-69/ приведены расчеты для различных потенциалов и радиусов мишени, а также ее разных положений относительно оси пучка, разной фазовой протяженности сгустков и их поперечных размеров, разных энергий и токов пучка. Поведение зависимостей Л(рс(<рь) и 3<рс(<рь) достаточно сложное и в ряде случаев не вполне очевидное. Так уменьшение фазовой протяженности сгустков приводит к увеличению погрешностей. При уменьшении же поперечных размеров погрешности наоборот уменьшаются, что объясняется сокращением области пространства, где сконцентрировано основное поле пучка, и уменьшением интегрального воздействия на вторичные электроны. Рассматриваемые эффекты могут проявляться по-разному при различных соотношениях между потенциалом мишени,