Электронный коллектор высоковольтной системы электронного охлаждения для COSY

• Автор: Брызгунов, Максим Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Рекуперация энергии электронного пучка в системах электронного охлаждения

1.1. Требования на параметры коллектора 2 МэВ охладителя COSY

1.2. Аксиально-симметричные коллекторы для систем электронного охлаждения

1.3. Методы повышения эффективности рекуперации

Глава 2. Коллектор с фильтром Вина

2.1. Конструкция коллектора с фильтром Вина

2.1.1. Коллектор

2.1.2. Магнитная система фильтра Вина

2.1.3. Электростатическая система фильтра Вина
2.2. Расчет движения электронного пучка в фильтре Вина
2.3. Влияние пространственного заряда пучка
2.4. Дисперсия в фильтре Вина
Глава 3. Влияние эффектов рассеяния и ионизации на эффективность рекуперации в системах электронного охлаяедения
3.1. Поперечно-продольная релаксация
3.2. Продольно-продольная релаксация
3.3. Однократное рассеяние на большие углы (эффект Тушека)
3.4. Многократное рассеяние на остаточном газе
3.5. Рассеяние на остаточном газе на большие углы
3.6. Потери на ионизацию остаточного газа
Глава 4. Испытания коллектора с фильтром Вина на стенде
4.1. Эффективность коллектора в прямой системе
4.2. Разряд Пеннинга в фильтре Вина
4.3. Эффективность составного коллектора

4.4. Работа фильтра Вина при различных потенциалах вакуумной камеры
4.5. Эффективность коллектора в зависимости от вакуума
4.6. Составной коллектор. Аксиально-несимметричный случай
4.7. Зависимость эффективность коллектора от тока пучка
Глава 5. Исследование работы коллектора с фильтром Вина на высоковольтной системе электронного охлаждения для синхротрона COSY
5.1. Испытания в «прямой» системе
5.1.1. Зависимость эффективности рекуперации от величины накала катода
5.1.2. Зависимость эффективности рекуперации от напряжения супрессора
5.1.3. Сканирование пластинами фильтра Вина
5.2. Испытания с фильтром Вина
5.2.1. Испытания на 30 кэВ
5.2.1.1. Исследования спектра отраженных электронов
5.2.1.2. Исследование эффективности коллектора при различных способах подключения приколлекторного электрода
5.2.1.3. Зависимость тока потерь от величины поперечного магнитного поля в фильтре
5.2.1.4. Зависимость эффективности коллектора от профиля пучка
5.2.2. Исследование эффективности рекуперации при различных энергиях электронного пучка
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Метод электронного охлаждения, предложенный Г. И. Будкером в 1966 г [1], в настоящее время является одним из основных способов повышения качества пучков тяжелых заряженных частиц в ускорителях [1,2]. Охлаждение, повышает качество пучков, уменьшая разброс по импульсам, подавляет рассеяние на мишени и внутрипучковое рассеяние, позволяет обеспечить накопление пучков за счет освобождения апертуры ускорителя для новых порций инжекции.
ИЯФ СО РАН им. Г. И. Будкера (г. Новосибирск) имеет большой опыт в области электронного охлаждения и является признанным лидером в производстве электронных охладителей [1,3,4]. В частности, в ИЯФ СО РАН были разработаны две системы электронного охлаждения ЭХ-35 [5] и ЭХ-300 [6] (с энергией электронов до 35 кэВ и до 300 кэВ соответственно) для установки HIRP-CSR (IMP, г. Ланджоу, Китай), где с их помощь происходит накопление ядер атомов редких тяжелых изотопов для последующего использования в экспериментах с внутренней мишенью. Так же была разработана система электронного охлаждения ЭХ-40 [7] (с энергией электронов до 40 кэВ) для накопителя LEIR, которая обеспечивает накопление тяжелых ионов (в основном свинца), для использования в Большом адроном коллайдере (ЦЕРН), в экспериментах со встречными пучками по изучению кварк-глюонной плазмы.
Максимальная энергия электронов, в большинстве электронных охладителей, составляет величину от нескольких десятков до нескольких сотен кэВ. Создание высоковольтных систем электронного охлаждения (с энергией в нескольких МэВ) связано с большими техническими трудностями, поэтому в мире пока применялась только одна такая система: охладитель антипротонов с энергией электронного пучка 4.3 МэВ, произведенный и используемый в FNAL (США) на комплексе Теватрон [8].

2.1.1. Коллектор
Как уже было сказано выше, при разработке коллектора для охладителя COSY за основу была взята конструкция коллекторов, используемых в произведенных ранее в ИЯФ СО РАН системах электронного охлаждения ЭХ-35, ЭХ-300, ЭХ-40. Коллектор имел конусную форму (рисунок 21), а вокруг него располагался специальный магнитный концентратор, который задавал необходимый профиль магнитного поля, обеспечивающий равномерное распределение потока электронов на внутренней поверхности коллектора.
Рисунок 21. Схема коллектора установок ЭХ-35, ЭХ-300, ЭХ-40. 1 -приемный электрод коллектора, 2 - полости для охлаждения, 3 - вводы для охлаждающей жидкости, 4 - супрессор, 5 - приколлекторный электрод, 6 -керамическая вставка, 7 - вакуумный фланец, 8 - магнитный экран.
Использовать данный коллектор в охладителе для COSY представлялось затруднительным, т.к. его конструкция с концентратором рассчитана из соображений, что он располагается в конце соленоида замедляющей трубки, который состоит из катушек диаметром примерно 50 см. Конструкция