Экспериментальные исследования каналирования протонов в изогнутых монокристаллах и их применение для управления пучками на ускорителе ИФВЭ

• Автор: Чесноков, Юрий Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 51 с. : ил.; 28х19 см

Общая характеристика работы
Актуальность темы. Начиная с 60-х годов, широкое развитие получили иссле-ния, относящиеся к новому направлению в физике взаимодействия заряженных иц с веществом — каналированию частиц в монокристаллах. На основе иссле-ний различных проявлений эффекта каналирования для низкоэнергетических иц в настоящее время уже разработаны и применяются много методов изуче-структуры и степени совершенства кристаллов, а также различных физических ессов, протекающих в них. Однако в последние годы интерес сместился к изу-ю каналирования частиц высоких и сверхвысоких энергий, тимулирующее воздействие на экспериментальные исследования в этой области ала идея использования сверхсильных внутрикристаллических полей (10® В/см ше) для отклонения пучков заряженных частиц высоких энергий изогнутыми таллами, выдвинутая в 1976 году профессором Э.Н. Цыгановым из Дубны.
в первых экспериментах с изогнутыми кристаллами эффективность отклоне-пучков частиц (отношение интенсивностей отклоненного пучка к падающему кристалл) была очень низкой (десятые доли процента), то в последующих ериментах она была доведена до десятков процентов. Это позволило сформули-ть предложения и начать исследования по применению изогнутых кристаллов вывода и коллимации пучка на ускорителях, формирования пучков в кана-транспортировки частиц и экспериментах с короткоживущими частицами. Во этих направлениях получены интересные результаты, вселяющие большой мизм. Углубление экспериментальных исследований в этой области приводит щественному расширению средств ускорительной техники и физики высоких гий в целом.
ель диссертационной работы состояла в исследовании закономерностей ка-рования в мультигэвной области энергий, выяснении принципиальных возможен. кпигтап""
ускорителе ИФВЭ для повышения
КНИГА ИМЕЕТ
Научная новизна и результаты, выносимые на защиту:
1. Результаты исследований объемного захвата частиц и установленная зави мость его эффективности от радиуса изгиба кристалла, а также процессов дека лирования и реканалирования частиц в прямом кристалле и наблюдение состоя динамического равновесия. Экспериментальное подтверждение особого вида захв частиц в режим каналирования, обусловленного градиентом кривизны кристал
2. Оригинальный способ измерения длины деканалирования и полученные зультаты для протонов с энергией 70 ГэВ в изогнутых кристаллах кремния о ентации (111) и (110).
3. Исследование тепловой и радиационной стойкости кристаллов. Сделанные воды о возможности использования изогнутых кристаллов в интенсивных пуч протонных ускорителей. Разработка нескольких видов устройств изгиба и кр ления кристаллов. Достижение рекордных параметров формируемых кристалл пучков.
4. Исследование влияния дефектов реальных кристаллов на процесс отклоне пучков частиц высоких энергий: деканалирование на дислокациях кристалличес решетки; зависимость от электропроводности материала; обнаружение тонких фектов влияния поверхностных дефектов, учет которых принципиально важен оптимизации вывода частиц из ускорителей.
5. Результаты экспериментов, показывающих возможность фокусировки пу изогнутым кристаллом. Эффективное отклонение с помощью фокусирующего к сталла пучка протонов с большой угловой расходимостью (в 50 раз превышаю критический угол каналирования).
6. Создание, исследование и проверка в течение десятилетней эксплуата кристаллических станций деления выведенного пучка на части для повыше эффективности его использования (выигрыш около 30%).
7. С помощью изогнутого на гигантский угол 150 мрад кристалла создан ка транспортировки частиц нового типа, не потребляющий электроэнергии (эконом ся сотни мегаватт—часов за один сеанс работы ускорителя). На базе нового кан организована оснащенная аппаратно-программными средствами эксперименталь установка для исследования кристаллических элементов.
8. Способ измерения с помощью изогнутого кристалла в сочетании с магнитн спектрометром основных характеристик пучков частиц (профили, гало, эмитт разброс по импульсам).
9. Результаты исследования высокоэффективного вывода частиц кристаллом У-70, намного опередившие известные мировые данные, полученные этим способ
Практическая ценность. Приведенные в диссертации результаты исслед ний используются на ускорителе ИФВЭ и открывают большие возможности п менения изогнутых кристаллов как на действующих, так и на строящихся у рителях на большие энергии и кроме ИФВЭ могут быть использованы в дру научных центрах по физике высоких энергий (ИЯФ СОАН, ОИЯИ, ЙЯЙ, ИТ CERN, FNAL, BNL, DESY, КЕК и др.).

ментов. Нумерация линий соответствует хронологической последовательности их внедрения. Основное назначение установленных кристаллов отражено в табл. 3.
Таблица 3. Назначение установленных в каналах транспортировки частиц кристаллов.
Номер кристалла Год внедрения Назначение Описание
Формирование узконаправленного
1 1987 пучка протонов на установку СФИНКС интенсивностью до 107 за цикл Деление пучка между [7]
2 1988 направлениями № 23 и № 21, 12з = Ю13, 121 = Ю7 частиц за цикл Деление пучка между [10]
3 1990 направлениями № 8 и № 21, 1а = 1013,121 = Ю10 частиц за цикл Деление пучка между [18]
4 1990 направлениями № 8 и № 22, 18 — 1013, 122 = Ю8 частиц за цикл Создание канала частиц нового [13]
5 1994 типа без электромагнитов, интенсивность пучка до 106 за цикл Организация тестого пучка низкой [22]
6 1995 интенсивности путем “кратного каналирования”, 1=1 — 104 частиц за цикл [23]
Первые применения кристаллического элемента были связаны с созданием уз-онаправленного пучка варьируемой интенсивности на установку СФИНКС [7,8,9]. ри этом кристалл использовался как аттенюатор пучка; неотклонённый основной учок гасился в поглотителе. Впоследствии совершенствование технологии изгиба ристаллов позволило минимизировать потери частиц и решить более актуальную адачу деления пучка кристаллическим сплиттером.
еление пучка
Обычно деление пучка для организации одновременной работы физических уста-овок осуществлялось электростатическим или магнитным сплиттерами. Это до-таточно сложный в техническом отношении путь, требующий для реализации хемы деления значительного пространства, так как углы отклонения пучка обыч-ым сплиттером весьма ограничены. Применение кристаллов позволяет просто ешить задачу деления выведенного пучка, где обычными средствами это сделать евозможно.