Унифицированные детекторы пучков заряженных частиц высоких энергий и их применение в системах диагностики каналов и ускорителей

• Автор: Селезнёв, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Глава 1. ДЕТЕКТОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ

КВАЗИПОСТОЯННЫХ ПУЧКОВ

1.1. Отпаянная камера вторичной эмиссии

1.1.1. Конструкция Отпаянной Камеры Вторичной Эмиссии (ОКВЭ)

1.1.2. Система электродов ОКВЭ

1.1.3. Изучение характеристик ОКВЭ

1.2. Отпаянная аргоновая ионизационная камера

1.3. Абсолютные калибровки и опыт эксплуатации

1.3.1.Экспериментальная установка "Стенд Испытаний Мишеней"

1.4. Выводы

Глава 2. ДЕТЕКТОРЫ ДЛЯ МОНИТОРИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ ИНТЕНСИВНЫХ ПУЧКОВ

2.1. Ионизационная камера с 2я-геометрией
2.1.1. Изучение характеристик фонового излучения в каналах протонного пучка с энергией 70 ГэВ
2.1.2. Временное разрешение и динамический диапазон воздушной ИК
2.2. Радиационно-стойкий монитор потерь для экспериментального комплекса Московской Мезонной Фабрики
2.3. Выводы
Глава 3. ПЛЁНОЧНЫЕ ПРОФИЛОМЕТРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПУЧКОВ
3.1. Общие требования к профилометрам
3.2. Многоканальные плёночные камеры вторичной эмиссии
3.2.1. Другие типы многоканальных камер вторичной эмиссии
3.3. Многоканальные ионизационные камеры
3.3.1. Временное разрешение воздушной ионизационной камеры
3.4. Многоканальные пропорциональные камеры
3.5. Плёночные люминесцентные экраны
3.5.1. Кинетика люминесценции при импульсном возбуждении люминофора К
3.6. Выводы
Глава 4. СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ВЫВЕДЕННЫХ ПУЧКОВ
ИФВЭ
4.1. Диагностика комплекса каналов пучков У
4.1.1. Состав и характеристики отдельных подсистем
4.1.2. Единая система диагностики выведенных пучков
4.1.3. Вопросы построения систем мониторирования потерь пучка
4.1.3.1. Математическая модель схемы измерений
4.1.3.2. Экспериментальная проверка модели и полученные результаты
4.2. Диагностика пучка в канале инжекции УНК
4.2.1. Оптический профилометр канала инжекции УНК
4.3.Современная система диагностики пучка каналов
4.3.1. Оптические профилометры на основе промышленных изделий
4.4. Выводы
Глава 5. ДЕТЕКТОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПУЧКОВ УСКОРИТЕЛЕЙ НА СВЕРХВЫСОКИЕ ЭНЕРГИИ
5.1. Полосковые детекторы для протонных и антипротонных пучков ускорителен ФНАЛ
5.1.1. Полосковый монитор
5.1.2. Конструктивные особенности и выбор используемых материалов
5.1.3. Коррекция отдельных элементов конструкции монитора по из -мерениям 11
5.1.4. Измерения характеристик монитора на проволочном стенде и пучке
5.2. Монитор потерь пучка для сверхпроводящих ускорителей
5.2.1. Постановка задачи
5.2.2. Радиационный монитор для СП ускорителей
5.3. Мониторы синхротронного излучения для ускорителей ДЕЗИ
5.3.1. Постановка задачи по регистрации геометрических характеристик синхротронного излучения
5.3.2. Мониторы синхротронного излучения для регистрации геометрических параметров
5.3.3. Монитор синхротронного излучения для накопителя ДОРИС
5.3.4. Конструкция и тепловые расчёты МСИ е+е' пучков ДЕЗИ
5.3.5. Монитор синхротронного излучения для коллайдера ГЕРА
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность проблемы.
Наиболее крупные достижения фундаментальной науки, и в первую очередь физики частиц высоких энергий, связаны с созданием сложнейших экспериментальных установок и проведением измерений на выведенных • пучках ускорителей. Современные протонные ускорители обладают развитой
системой каналов частиц с внешних мишеней. Актуальность проблемы обуславливается необходимостью разработки унифицированных детекторов регистрации основных параметров выведенных пучков ускорителя ИФВЭ и систем диагностики на их основе.
Цель работы.
Целью настоящей диссертационной работы является создание и внедрение унифицированных, надежных , дешёвых детекторов и систем диагностики пучков на их основе.
Научная новизна и результаты, выносимые на защиту :
1. Разработаны, созданы и внедрены на каналах отпаянные приборы измерений интенсивности квазипостоянных пучков. В диапазоне инте-сивности 1010-1013 р/цикл это вторичноэмиссионные камеры, в диапазоне 107 - Ю10 р/цикл - газонаполненные ионизационные камеры. Отпа-янные камеры выпускались в Опытном производстве ИФВЭ мелкими партиями.
2. Впервые, в мировой практике, предложена новая формализованная концепция мониторирования потерь пучка заряженных частиц высоких энергий, позволяющая этой системе из разряда второстепенных (качественных) перейти в разряд основных, т.е. количественных. Подобная система была успешно апробирована на самом интенсивном канале комплекса ИФВЭ.

В настоящее время на трассах выведенных пучков ИФВЭ, общая протяженность которых более 3500 м, эксплуатируется около 100 профнлометров различных типов. Поэтому, немаловажными требованиями, предъявляемыми к профилометрам, является надежность их конструкции, простота эксплуатации и большой ресурс работы.
Таковы наиболее общие требования, которым должны удовлетворять
# профилометры пучка. Рассмотрим теперь подробнее отдельные их типы.
3.2. Многоканальные пленочные камеры вторичной эмиссии.
При прохождении заряженных частиц через металлическую поверхность из нее эмиттируются электроны и образуется положительный заряд, пропорциональный интенсивности пучка. Коэффициент вторичной эмиссии из металлов при энергии падающего пучка 70 ГэВ, находится на уровне 0,04 -0,06 и поэтому многоканальная камера вторичной эмиссии (МКВЭ) эффективно работает при интенсивностях выше 1010 прот/цикл [59].
* Для стабильной работы МКВЭ и исключения вклада от ионизации газа
необходим вакуум не хуже 1 Па и, собирающий вторичные электроны, коллекторный электрод. Конструкция МКВЭ (рис 3.2) состоит из трех плоскостей, крайние из которых (сигнальные) имеют по 16 полосковых электродов, а центральный (анодный) - пленка со сплошной металлизацией. Основу электродов составляет полиимидная пленка ПМ-1 , наклеенная на дюралевую рамку. Диэлектрик выполняет функцию несущей подложки, и, в таких тонких пленках, его объём сведен к минимуму. Это обстоятельство существенно понижает поляризационные эффекты и их влияние на поведение чувствительности детектора. Через свободные маски, с желаемым
• пространственным разрешением, на плоскости напыляется металл, слой
которого по пучку составляет толщину несколько сотен ангстрем. По углам рамки скрепляются изоляционными гайками в конструкцию с межэлектродными зазорами по 7 мм. Съём зарядов осуществляется доработанным накладным разъёмом типа СНП 17-52. Вся сборка МКВЭ монтируется в ионопроводе канала на подвижной каретке механизма, позволяющего осуществлять дистанционный ввод-вывод ее в пучок (рис. 3.4).
Условия работы в очень интенсивных пучках выдвигают ряд
специфических требований, которым должны удовлетворять МКВЭ.
Во-первых, для уменьшения потерь пучка из-за рассеяния (упругих взаимодействий) МКВЭ должна быть как можно более «прозрачной».
* Рассмотренная выше конструкция, основу которой составляет тонкая (12 мкм) органическая пленка, вносит в пучок вещество 6 = 5 мг/см2 и обуславливает относительное увеличение эмиттанса пучка :