Ускорительно-накопительный комплекс для экспериментов по физике высокой плотности энергии в веществе и релятивистской ядерной физике

• Автор: Алексеев, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.20, 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

1. Расчет н теоретическое обоснование проекта реконструкции протонного синхротрона ИТЭФ У.

1.1. Получение высокозарядиых ионов

1.1.1. Особенности формирования лазерной плазмы

1.1.2. Параметры пучка на выходе лазерного источника.

1.1.3. Выводы

1.2. Транспортировка пучка низкой энергии

1.2.1. Формирование пучка на выходе разрывающего промежутка

1.2.2. Характеристики фокусирующего канала.

1.2.3. Продольная группировка пучка в согласующем канале И3.

1.2.4. Транспортировка пучка на выходе И3.

1.2.5. Выводы

1.3. Динамика пучка в двухзазорном линейном инжекторе
1.3.1. Продольное движение.
1.3.2. Поперечное движение.
1.3.3. Ускорение в И3 тяжелых ионов
1.3.4. Выводы
1.4. Динамика пучка в бустериом синхротроне
1.4.1. Инжскцня
1.4.2. Коррекция магнитного поля.
1.4.3. Адиабатический захват и ускорение.
1.4.4. Предельная интенсивность
1.4.5. Вакуумные потери частиц.
1.4.6. Выводы
1.5. Перезарядная инжекция тяжелых ионов.
1.5.1. Изменение зарядового состояния быстрых ионов
1.5.1.1. Сечения ионизации.
1.5.1.2.Сечения рекомбинации.
1.5.1.3.Равновесное зарядовое состояние
1.5.2. Кулоновское рассеяние.
1.5.3. Ионизационные потери энергии
1.5.4. Обратная перезарядка
1.5.5. Выводы
1.6. Общие характеристики бетатронных резонансов.
1.6.1. Характеристики бетатронных резонансов в окрестности рабочей точки У
1.6.2. Нелинейность поля в коротких прямолинейных промежутках структуры У.
1.6.3. Анализ влияния нелинейностей Еблоков.
1.6.4. Выводы
1.7. Ограничение интенсивности накопителя изза коллективных эффектов
1.7.1. Некогерентный сдвиг бетатронных частот
1.7.2. Продольная неустойчивость.
1.7.3. Поперечная неустойчивость.
1.7.4. Внутрипучковое рассеяние
1.7.5. Выводы
2. Основные технические решении, положенные в основу комплекса
2.1. Краткий обзор тяжелоионных комплексов
2.2. Структура ускорительнонакопительного комплекса и режимы его работы
2.2.1. Выводы.
2.3. Ионный инжектор И3.
2.3.1. Система ВЧпитания ускоряющего резонатора.
2.3.2. Параметры пучка на выходе лазерного источника.
2.3.3. Применение фильтра Вина для сепарации пучка.
2.3.4. Оптимизация структуры согласующего канала.
2.3.5. Выводы
2.4. Бустерный синхротрон УК.
2.4.1. Магнитное кольцо УК
2.4.2. Система инжекции
2.4.3. Система питания кольцевого магнита УК.
2.4.4. Коррекция магнитного поля.
2.4.5. Ускоряющая система
2.4.6. Вакуум пая система
2.4.7. Группировка пуша перед выводом
2.4.8. Система быстрого вывода пучка.
2.4.9. Выводы
2.5. Ускорительнакопитель У
2.5.1. Переводной ионопровод УКУ.
2.5.2. Технология многократной перезарядной инжекции.
2.5.3. Инжекция пучка при помощи вводного иифлектора.
2.5.4. Система быстрого вывода.
ф 2.5.5. Выводы
3. Результаты физического пуска комплекса.
3.1. Наладка инжекции и ускорения ионов С4 в кольце УК
3.1.1. Потери частиц при инжекции и на первых оборотах.
3.1.2. Модуляция зарядовой плотности пучка в процессе захвата и ускорения
3.1.3. Наладка ускорения до максимальной энергии.
3.1.4. Анализ потерь частиц но циклу ускорения.
3.1.5. Наладка быстрого вывода пучка.
3.1.6. Выводы
3.2. Накопление ионов углерода в кольце У.
3.2.1. Транспортировка пучка по переводному ионопроводу
3.2.2. Экспериментальная проверка кинематических расчетов
3.2.3. Наладка долговременной циркуляции пучка.
3.2.4. Наладка и оптимизация многократной инжекции и накопления
3.2.5. Предварительный анализ состояния накопителя.
ф 3.2.6. Выводы.
3.3. Продольная группировка и вывод накопленного пучка.
3.3.1. Выводы
3.4. Наладка инжекции и ускорения ионов в У до релятивистских энергий.
3.4.1. Выводы
Заключение.
Литература


В любом ионном источнике генерация пучка заряженных частиц основывается на предварительной ионизации атомов вещества в объеме или на поверхности с последующим выделением требуемых ионов приложенным на границе ионизированной квазинейтратьной среды плазмы электрическим полем. Зарядовые состояния выделяемых ионов зависят от динамического состояния плазмы, характеризуемого плотностью и температурой, а также скоростью динамических процессов, характерных для каждого тина источника. Проблемы получения высокозарядных ионов связаны с возрастающей энергией связи каждого последующего электрона и, соответственно, необходимым увеличением затрачиваемой на ионизацию энергии. Основными процессами ионизации являются ионизация электронным ударом и излучением. В ионных источниках процесс ионизации за счет излучения, которое свободно уходит из плазмы, как правило, отсутствует, и доминирующим процессом является ионизация электронным ударом. Высокозарядные ионы в этом случае могут быть получены в представляющем интерес количестве при достаточной для ионизации энергии температуре электронов. На рис. Из приведенного рисунка видно, что граница потенциала ионизации 1 кВ совпадает для атомов до аргона с границей Коболочки и для более тяжелых ядер перемещается на границу Ь и М оболочек. Из графиков на рис. Поскольку ионизация вещества является вероятностным процессом, его распределение по зарядовым состояниям зависит не только от энергии ионизирующих электронов, определяющей сечения ионизации, но и от плотности электронного тока. Кроме того, существенным является время пребывания иона в статическом зарядовом состоянии, характерном для рассматриваемой среды.