Физико-технические аспекты создания установок электронного охлаждения

• Автор: Сухина, Борис Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 222 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. НАКОПИТЕЛЬ НАП - М - ПЕРВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
1.1 Инжектор НАКОПИТЕЛЯ НАП
1.1. /. Параметры инжектора
1.1.2. Система стабилизации напряжения
1.1.3. Инжектируемый ток
1.1.4. Канал инжекции
1.2. НАКОПИТЕЛЬ НАП
1.2.1. Фокусирующие свойства магнитной системы
1.2.2. Конструкция магнитной системы накопителя
1.2.3. Вакуумная система накопителя
1.2.4. Система наблюдения за пучком
1.2.4.1. Измерение параметров протонного пучка
1.2.5. Высокочастотная ускоряющая система
1.2.6. Промежуток охлаждения
1.3. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАКОПИТЕЛЯ И УСКОРЕННОГО ПРОТОННОГО ПУЧКА
1.3.1. Магнитные измерения
1.3.2 Измерение частот бетатронных колебаний
1.3.3. Измерение времени жизни протонного пучка. Измерение среднего вакуума
1.3.4. Измерения с ускоренным протонным пучком
1.3.5. Первые эксперименты по электронному охлаждению
ГЛАВА 2. УСТАНОВКА "МОДЕЛЬ СОЛЕНОИДА" ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ИОНОВ ВОДОРОДА
2.1.1. Общее описание установки
2.1.2. Инжектор отрицательных ионов водорода
2.1.3. Транспортировка пучка отрицательных ионов водорода. Управление фазовым объемом

2.1.4. Соленоид с высокой однородностью магнитного поля
2.1.5. Электронный пучок
2.1.6. Сведение электронного и ионного пучкове соленоиде
2.1.7. Канал для регистрации эффекта охлаждения
2.1.8. Вакуумная система
2.1.9. Автоматизация управления установкой и экспериментом
2.1.9.1. Структура управления и программного обеспечения установкой
2.1.9.2. Управление установкой и экспериментом
2.1.10. Электронная пушка с "гладкой" оптикой
2.2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
2.2.1. Постановка эксперимента по измерению продольной силы трения
2.2.2. Влияние знака заряда иона на силу трения
2.2.3. Результаты экспериментов по измерению продольной силы трения
2.2.4. Измерение поперечной силы трения
ГЛАВА 3. ПРОЕКТ СЕРИИ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
3.1. ОСНОВЫ КОМПОНОВКИ ОХЛАДИТЕЛЕЙ
3.2.1 Поворотное поле
3.1.2 Горизонтальная коррекция ионного пучка
3.2. ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
3.3. ВАКУУМНАЯ СИСТЕМА ОХЛАДИТЕЛЯ
3.4. ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ИНЖЕКЦИИ
3.4.1. Размеры пучков
3.5. МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ
3.6. ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ПУШКИ И КОЛЛЕКТОРА
3.6.1. Регулировка размера пучка на катоде
3.7. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОХЛАЖДЕНИЯ КОЛЛЕКТОРА
3.8. Измерение магнитных полей
3.9. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ НА БАЗЕ УСКОРИТЕЛЯ ЭЛВ
3.10. ЭЛЕКТРОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК ЭХ-1200

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Метод встречных пучков получил заслуженное признание в физике высоких энергий. В накопителях со встречными электрон - электронными и электрон - позитронными пучками благодаря синхротронному излучению получаются пучки малых размеров и, как следствие этого, - большая светимость. Для простейшего случая одинаковых пучков светимость
4яаЬ
Здесь №+, Ые~ - число частиц, соответственно, в позитронном и электронном пучках, /-частота обращения, а и Ь - горизонтальный и вертикальный размеры пучков в месте встречи.
Для тяжелых частиц (протонов, антипротонов) синхротронное излучение практически отсутствует во всем диапазоне доступных в настоящее время энергий, поэтому понадобился другой механизм затухания поперечных бетатронных и синхротронных колебаний.
В 1966 году Г.И. Будкер [1] предложил метод демпфирования колебаний тяжелых частиц в накопителях, основанный на использовании кулоновского взаимодействия циркулирующего пучка тяжелых частиц с сопутствующим "холодным" электронным пучком. Для этого на отрезке орбиты накопителя создается пучок электронов, средняя скорость которых совпадает со средней продольной скоростью накапливаемых частиц (протонов, антипротонов). Тепловая энергия тяжелых частиц передается в столкновениях электронам, что приводит к уменьшению размеров ("температуры") пучка накапливаемых частиц

щая = 0.579. В этой точке коэффициент уплотнения орбит
4 зс
_ Р _ л 1-х
пар 1+2_

(1. 2.11)
составляет а =1.1, так что критическая энергия, определяемая соотношением [6]
Г =4= (1-2.12)

отсутствует. Этим, вообще говоря, и определялся выбор рабочей точки. Вблизи рабочей точки находятся резонанс 3-го порядка ух+2у2=4 и резонансы 4-го порядка 2ух+2уг=3 и Зух-у2=2, расстояния до которых по бетатронным частотам составляют Лу2«;0.02 и Дух«0,01. Однако, большую опасность представляют резонансы 2у2=3 и ух=1, расстояния до которых составляют соответственно Лу2=0,044 и Лух=0.133.
В таблице 3 приведены основные параметры накопителя.
Таблица
Параметры накопителя Расчетные Параметры на энергии эксперимента
Максимальная энергия протонов, МэВ до 150 65
Энергия инжекции, МэВ 1.5 1
Длительность цикла ускорения, сек около
Средний радиус орбиты, м 7,5
Радиус кривизны в магнитах, м 3
Количество прямолинейных промежутков 4
Длина прямолинейных промежутков, м 7.1
Периметр вакуумной камеры, м 47.2
Вакуумная апертура поворотных магнитов
Вертикальная, см 7
Радиальная, см 10
Апертура на участке охлаждения, см