Основные системы и элементы форинжектора ВЭПП-5 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.20, кандидат технических наук Шиянков, Сергей Владимирович

• Шиянков, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шиянков, Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Ускоряющая структура форинжектора ВЭПП-5.

1.1 Регулярная ускоряющая ячейка.

1.2 Трансформатор типа волны.

1.3 Переходные ускоряющие ячейки и соединительная диафрагма.

1.4 Окончательная сборка ускоряющей структуры.

ГЛАВА 2. СВЧ нагрузка.

2.1 Введение

2.2 Корпус СВЧ нагрузки.

2.3 Резонансная ячейка.

2.3.1 Резонансная ячейка нагрузки средней мощности.

2.3.2 Резонансная ячейка мощной нагрузки.

2.3.3 Температурные режимы резонансных ячеек.

2.4 Окончательная сборка СВЧ нагрузки.

ГЛАВА 3. Приспособления для радиочастотных измерений ускоряющей структуры и СВЧ нагрузки.

3.1 Измерения регулярных ячеек ускоряющей структуры.

3.2 Измерения трансформатора типа волны.

3.3 Настройка полуструктуры.

3.4 Измерения полуструктуры после пайки.

3.5 Приспособление для сварки двух полуструктур.

ГЛАВА 4. Магнитная система форинжектора ВЭПП-5.

4.1 Магнитная система группирователя.

4.2 Соленоиды.

4.3 Квадрупольные линзы.

4.4 Корректоры положения пучка.

4.5 Поворотные магниты и фокусирующий триплет.

ГЛАВА 5. Конверсионная система форинжектора ВЭПП-5.

5.1 Импульсный конверсионный магнит.

5.1.1 Проблемы разработки конверсионного магнита.

5.1.2 Возможные варианты построения требуемого магнита.

5.1.3 Выбор и обоснование принятого варианта.

5.1.4 Прототип конверсионного магнита.

5.1.5 Рабочий вариант конверсионного магнита.

5.2 Конструкция конверсионного магнита.

5.2.1 Корпус конверсионного магнита.

5.2.2 Обмотка конверсионного магнита.

5.3 Конверсионная мишень.

5.3.1 Энергетика и механика мишени.

5.3.2 Конструкция мишени.

5.3.3 Система «by-pass».

5.4 Экспериментальные результаты

5.4.1 Стендовые испытания конверсионной системы.

5.4.2 Запуск конверсионной системы.

ГЛАВА 6. Система диагностики пучка форинжектора ВЭПП-5.

6.1 Датчик положения пучка и заряда сгустка.

6.2 Проволочный датчик (Вторично-эмиссионный профильный монитор).

6.3 Люминофорный датчик.

6.4 Магнитный спектрометр.

6.5 Пучковый датчик.

6.5.1 Принцип работы пучкового датчика.

6.5.2 Конструкция пучкового датчика.

6.5.3 Экспериментальные результаты работы пучкового датчика.

ГЛАВА 7. Система термостабилизации форинжектора ВЭПП-5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Основные системы и элементы форинжектора ВЭПП-5»

Для проведения экспериментов по физике высоких энергий на современном уровне требуется высокая производительность, или светимость ускорительных комплексов на встречных электрон-позитронных пучках. Получение высокой светимости возможно лишь при наличии интенсивного источника позитронов с производительностью не менее Ю10 позитронов в секунду. Максимальная производительность действующих в ИЯФ СО РАН позитронных источников на комплексах ВЭПП-2М и ВЭПП-3, ВЭПП-4 не о превышает 1.8-10 позитронов в секунду. Такой производительности, к примеру, недостаточно, чтобы обеспечить проектную светимость строящегося в ИЯФ комплекса ВЭПП-2000. Дефицит позитронов наблюдался на всех работавших в ИЯФ установках со встречными электрон-позитронными пучками. Именно поэтому в 1990 году были начаты работы по созданию современного Инжекционного комплекса с интенсивным источником позитронов (более Ю10 позитронов в секунду) на основе линейных ускорителей S-диапазона (2856 МГц).

Освоение новой технологии начиналось не на пустом месте. Основы разработки и производства вакуумных СВЧ изделий были заложены большой работой, проделанной в лаборатории № 4 ИЯФ СО РАН, под руководством В.Е. Балакина, в рамках проекта ВЛЭПП. В процессе работы над этим проектом были созданы не только новые технологии, но и специализированные участки по производству вакуумных СВЧ элементов X-диапазона (14 ГГц).

К сожалению, каждый СВЧ диапазон требует своих инженерных и конструкторских решений, поэтому нельзя было напрямую воспользоваться уже имевшимися разработками в Х-диапазоне. Уменьшение рабочей частоты с 14 до 3 ГГц приводит к соответствующему увеличению размеров изделий. Это потребовало создания не только новой оснастки, но и нового технологического оборудования, и, прежде всего, больших вакуумных печей для отжига и пайки изделий.

Достижение предельно высокого для S-диапазона темпа ускорения (50 МэВ/м) требовало качественно нового уровня чистоты внутренних поверхностей вакуумных СВЧ изделий. Для решения этой задачи в Экспериментальном производстве ИЯФ был создан участок чистых технологий. Иными словами, производство линейных ускорителей S-диапазона потребовало, с одной стороны, создания в ИЯФ СО РАН нового технологического комплекса, с другой стороны, принятия оригинальных инженерно-конструкторских решений практически по всем основным элементам системы.

В результате успешно проделанной работы, к настоящему времени создан и успешно испытан на проектных параметрах форинжектор ВЭПП-5 с интенсивным источником позитронов. В Таблице 1 приведены основные параметры, достигнутые на форинжекторе, в сравнении с параметрами аналогичных зарубежных комплексов.

Таблица 1. Параметры линейных ускорителей.

Энергия электронов на мишени (ГэВ). Число электронов в сгустке (хЮ10). Выход позитронов (%/ГэВ). Установка, Центр, Страна.

0.27 2.0 9.0 ВЭПП-5, ИЯФ, РОССИЯ.

30.0 4.0 4.0 PEP-II, SLAC(Stanford),USA.

0.5 4.0 3.0 DAFNE, LNF(INFN), ITALY.

0.2 0.1 2.5 LIL, CERN, SWITZERLAND.

0.4 2.0 2.5 DORIS, DESY, GERMANY

0.15 3.0 2.5 CESR, Cornell Univ., USA.

0.34 0.4 2.0 EPLUS, SOLEIL, FRANCE.

4.0 5.0 1.4 KEKB, KEK(Tsukuba),JAPAN.

0.14 1.0 1.4 BEPC, IHEP, CHINA.

Как видно из Таблицы 1, позитронная система форинжектора ВЭПП-5 по своей эффективности превосходит все действующие в мире установки. Количественной характеристикой этой эффективности является выход позитронов, равный отношению числа ускоренных линейным ускорителем позитронов к числу падающих на мишень электронов, выраженному в процентах и делённому на энергию первичного электронного пучка, исчисляемую в Гигаэлектрон-вольтах. Такой результат был достигнут благодаря оригинальной конструкции импульсного согласующего магнита, создающего качественное магнитное поле, фокусирующее позитроны после мишени. Важно отметить, что форинжектор ВЭПП-5 является уникальной и единственной в России установкой такого рода. Более того, некоторые элементы форинжектора уникальны по своим параметрам и не имеют аналогов в мире. К таковым относятся: импульсный согласующий магнит позитронной системы [1], СВЧ нагрузки ускоряющих структур [2], пучковый датчик [3].

Данная работа посвящена разработке, конструированию и изготовлению основных элементов и систем форинжектора ВЭПП-5. На рис. 1 показана общая схема ускорителя.

Рис. 1. Схема форинжектора ВЭПП-5. 1 — Электронная пушка, 2 - Субгармонические резонаторы, 3 — Магнитная система группирователя, 4 - Группирователь на основной частоте, 5 — Соленоид 2,5 кГс, 6 — Квадрупольная линза, 7 - Первая электронная ускоряющая структура (76 МэВ), 8 - Регулярная ускоряющая структура (54 МэВ), 9 - Корректор. Датчик положения пучка, 10 - Шибер, 11 - Проволочный датчик, 12 — Магнитный спектрометр, 13 - Пучковый датчик, 14 - Люминофорный датчик, 15 - Квадрупольная линза поворота, 16 - Поворотный магнит, 17 — Триплет, 18 - Конверсионная система, 19 — Катушка конвертора, 20 - Согласующая катушка, 21 - Соленоид 5 кГс, 22 - Первая позитронная структура.

Электронная пушка с импульсным питанием формирует пучок длительностью 2.5 не, с током 4 А на энергии 200 кэВ. Для эффективного захвата пучка линейным ускорителем необходимо уменьшить его длительность с 2500 до 20 пс. Что достигается продольным сжатием сгустка двумя резонаторами, работающими на 178 МГц (16-ой субгармонике основной частоты), и группирователем на основной частоте. Для сохранения поперечных размеров пучка процесс группировки идет в нарастающем магнитном поле. Далее идут два одинаковых, с точки зрения СВЧ, ускоряющих модулях, каждый из которых состоит из клистрона 5045 (SLAC), системы умножения мощности типа SLED и трёх ускоряющих структур работающих на бегущей волне с постоянным импедансом и набегом фазы на ячейку 2л/3. Рабочая частота системы 2856 МГц. Ускоряющая структура имеет длину 3040 мм и представляет собой круглый диафрагмированный волновод, согласованный по концам с прямоугольным волноводом, который имеет поперечные размеры 72 на 34 мм. По этому волноводу на вход структуры подается импульсная СВЧ мощность длительностью 0.5 мкс и величиной от 60 до 120 МВт. Длительность входного СВЧ импульса равна времени прохождения волной трехметровой ускоряющей структуры. Прошедшая через структуру СВЧ мощность полностью поглощается в согласованной нагрузке. Ускорение пучка производится в тот момент, когда СВЧ мощность достигает нагрузки, ускоряющая структура заполнена, и набор энергии пучком максимален. Формирование питающего СВЧ импульса происходит в системе умножения мощности. Последняя работает как накопитель высокочастотной энергии, аккумулирующий СВЧ энергию на протяжении основной части импульса клистрона длительностью 3 мкс, и сбрасывающий в ускоряющие структуры всю накопленную энергию за последние 0.5 мкс клистронного импульса. Процесс сброса энергии инициируется быстрым (за несколько наносекунд) изменением фазы падающей от клистрона СВЧ волны на 180 градусов. В результате, на выходе системы умножения, мощности формируется СВЧ импульс длительностью 0.5 мкс и мощностью 240 МВт, который затем делится двумя 3 дБ мостами между тремя ускоряющими структурами модуля в соотношении 2:1:1. В первую структуру направляется половина всей СВЧ мощности, а оставшаяся половина делится поровну между второй и третей структурами. Ускоряющие структуры одинаковы. Один такой модуль при мощности клистрона в 60 МВт ускоряет пучок до энергии 180 МэВ. В состав модуля также входят элементы магнитной фокусирующей системы, системы диагностики пучка и системы термостабилизации. 285 МэВ-ный электронный ускоритель включает в себя весь первый ускоряющий модуль и две структуры с пониженным темпом ускорения из второго модуля. Третья структура второго модуля расположена после изохронного поворота и является первой позитронной структурой. Для измерения энергетического спектра и полного заряда в пучке на выходе второй структуры первого модуля используется 180-ти градусный магнитный спектрометр с секционированным цилиндром Фарадея. Это устройство позволяет измерять энергетический спектр и заряд пучка с точностью 2%. Сразу после изохронного ахроматического поворота расположен триплет, фокусирующий электронный пучок на конверсионную мишень. Мониторы поперечного профиля пучка, расположенные в повороте, обеспечивают измерение энергии и энергетического разброса в пучке [4, 23]. После первой позитронной структуры идут два одинаковых модуля, состоящие из четырех ускоряющих структур. СВЧ мощность распределяется между структурами равномерно. Эти два модуля, также как и два первых, включают в себя элементы магнитной системы, системы диагностики и термо стабилизации. Один модуль ускоряет пучок до 216 МэВ при мощности клистрона 60 МВт. Таким образом, в позитронный ускоритель входит девять ускоряющих структур, которые ускоряют пучок до 510 МэВ. Стабильная работа ускорителя в односгустковом режиме требует хорошего постоянства амплитуд и фаз ВЧ на входе группирующих элементов и надежного контроля за продольной структурой пучка. Контроль за продольным распределением заряда в сгустке осуществляется с помощью так называемого пучкового датчика [3]. Этот оригинальный метод неразрушающей диагностики пучка был разработан и применён на Инжекционном комплексе ВЭПП-5.

Первая глава работы посвящена конструкции, особенностям и основным этапам изготовления ускоряющей структуры. В начале главы приводится описание конструкции структуры. Далее в первом, втором и третьем пунктах описаны три наиболее важных элемента структуры -ускоряющая ячейка, трансформатор типа волны и переходной узел, позволяющий наращивать длину структуры [5, 6]. В каждом пункте даны описание конструкции и основные этапы изготовления элементов. Так, для ускоряющей ячейки важным является вопрос о сохранении внутренних размеров на всех этапах изготовления и в конечном изделии. В четвертом пункте описана окончательная сборка ускоряющей структуры.

Во второй главе освещены аналогичные вопросы, относящиеся к СВЧ нагрузке. Введение посвящено конструкции нагрузки, требованиям, предъявляемым к нагрузке, а так же здесь дается объяснение необходимости изготовления трех вариантов нагрузок, различающихся уровнем принимаемой мощности. Вторая часть главы рассказывает о корпусе нагрузки, его конструкции и изготовлении. Третья часть посвящена резонансным ячейкам. Так как для нагрузок разной мощности потребовались разные резонансные ячейки, то в первый и второй подпункты третьей части главы рассказывают о резонансной ячейке нагрузки средней мощности и резонансной ячейке мощной нагрузки. Здесь указаны требования к ячейкам, представлены конструкции и особенности изготовления. В третьем подпункте приведены температурные режимы ячеек. Четвертая часть посвящена окончательной сборке СВЧ нагрузки.

Изготовление СВЧ элементов требует постоянного радиочастотного контроля в течение всего процесса изготовления. Для проведения измерений разработано и изготовлено несколько приспособлений, описанных в третьей главе данной работы. Первые два пункта описывают измерения регулярных ускоряющих ячеек и трансформаторов типа волны на универсальном приспособлении. Здесь дана конструкция приспособления, приведены требования, предъявляемые к проведению измерений и способы их реализации. Во второй части также представлены схема и конструкция приспособления для измерения трансформатора типа волны, полуструктуры и ускоряющей структуры при помощи подвижного плунжера. Третья часть посвящена настройке полуструктуры перед пайкой, а четвертая измерениям уже спаянной полуструктуры. Здесь приведены два метода измерений и способы их реализации. Метод короткозамкнутого поршня и метод малых возмущений. После пайки двух полуструктур производится установка соединительной диафрагмы и сварка их друг с другом. Сварка проводится на специальном приспособлении при постоянном радиочастотном контроле. Разработанная конструкция приспособления и этапы окончательной сварки ускоряющей структуры даны в пятой части третьей главы.

Четвертая глава посвящена магнитной системе форинжектора. В первой части представлена магнитная система группирователя, даются требования к системе и ее конструкция. Во второй части описаны соленоиды. На ускорителе установлены два соленоида с полем 2,5 и 5 кГс на первой электронной и первой позитронной ускоряющих структурах соответственно. Кроме того, перед позитронным соленоидом располагаются согласующая катушка и катушка конвертора. В этой части приведены конструкции, способы изготовления и параметры вышеуказанных элементов. В линейном ускорителе энергия пучка постоянно увеличивается и для квадрупольной фокусировки требуются линзы с постоянно увеличивающимся градиентом поля. Третья часть рассказывает о квадрупольных линзах прямолинейных участков форинжектора. Здесь приведены формулы для расчета каждой квадрупольной линзы, а также особенности изготовления и расположения. В четвертой части главы показана разработанная конструкция корректоров положения пучка, устанавливаемых в промежутках между ускоряющими структурами, их типы и параметры. В пятой части даны конструкции и параметры элементов изохронного поворота и фокусирующего триплета. В изохронный поворот входят три поворотных магнита, пять квадрупольных линз и триплет.

Пятая глава работы посвящена конверсионной системе форинжектора. Основной частью системы является импульсный конверсионный магнит, который представлен в первом пункте главы. При разработке конверсионного магнита приходится решать три основные проблемы в отношении механики, энергетики и оптики таких импульсных устройств. Описание и возможные пути решения этих проблем освещены в первом и втором подпунктах. Далее показан выбор и обоснование принятого варианта импульсного магнита. В четвертом и пятом подпунктах приведены описания прототипа и рабочего варианта магнита. Разработанная конструкция и особенности изготовления рабочего варианта импульсного магнита дана во втором пункте пятой главы. Более подробно здесь выделены корпус и обмотка, как основные элементы магнита. Следующий пункт посвящен конверсионной мишени. Здесь присутствует описание энергетики и механики мишени, ее конструкция, а также описание возможности инжекции в ускоритель электронного пучка в обход мишени. В четвертом пункте приводятся экспериментальные результаты, полученные при испытаниях магнита на стенде и при штатной работе системы на форинжекторе.

Важной частью форинжектора является система диагностики пучка в номинальном режиме и в режиме отладки. Разработанным элементам данной системы посвящена шестая глава. В пяти подпунктах главы описываются датчик положения пучка и заряда сгустка, вторично-эмиссионный профильный монитор, люминофорный датчик, магнитный спектрометр и пучковый датчик. Акцент сделан на конструкциях, особенностях изготовления и параметрах элементов.

Седьмая глава посвящена системе термостабилизации СВЧ элементов форинжектора необходимость, в которой обусловлена тем, что незначительное изменение температуры элементов приводит к существенному изменению их параметров, что соответственно приводит к увеличению энергетического разброса в пучке. С другой стороны, изменяя температуру элементов можно скорректировать погрешности их изготовления. Здесь даны требования к системе, описан макет системы, проверенный на прототипе ускоряющей структуры, сформулированы зависимости температуры структуры от мощности тепловыделения и расхода воды. Приведена схема, принцип работы и элементный состав системы термостабилизации.

В заключении приводятся основные результаты работы.

На защиту выносятся следующие результаты работы:

1. Разработка, изготовление и запуск в работу, как основных систем и элементов форинжектора ВЭПП-5, так и ускорительного комплекса в целом.

2. Разработка конструкции и технологии изготовления ускоряющей структуры на рабочую частоту 2856 МГц. При создании изделия наряду с известными методами и подходами было использовано и большое число оригинальных разработок. Например: трансформатор типа волны, который сочетает в себе несколько функций, конструкция соединительного узла и сама технология соединения полуструктур [5].

3. Разработка конструкции и технологии изготовления волноводных вакуумных СВЧ нагрузок, перекрывающих весь диапазон поглощаемой импульсной мощности от 5 МВт до 120МВт.

4. Разработка конструкции и технологии изготовления импульсного конверсионного магнита.

5. Разработка элементов конструкции пучкового датчика.

Материалы диссертационной работы были опубликованы в работах

2,3,4,5,6,21,23]. Результаты докладывались на научных семинарах Института Ядерной Физики им. Будкера, CERN (Швейцария), SLAC (США), КЕК (Япония), на российских и международных конференциях.

15

Заключение диссертации по теме «Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника», Шиянков, Сергей Владимирович

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработана, изготовлена и успешно испытана ускоряющая структура. На текущий момент в ИЯФ изготовлено девять ускоряющих структур. Шесть ускоряющих структур обеспечивают работу форинжектора инжекционного комплекса ВЭПП-5. С их помощью получен электронный пучок с энергией 285 МэВ на выходе ускорителя [21]. Во время испытаний была достигнута устойчивая работа структур при среднем темпе ускорения электронов 40 МэВ/м. После проведения этих испытаний две ускоряющие структуры были отправлены в г. Дубну для реализации проекта ЛУЭ-200 (ИРЕН, ОИЯИ) [22]. В экспериментальном производстве ИЯФ сейчас продолжается изготовление недостающих для полного завершения форинжектора ускоряющих структур. Из недостающих для полного завершения ускорителя восьми структур полностью изготовлена одна.

2. Впервые разработана, изготовлена и испытана мощная СВЧ нагрузка. На сегодняшний день изготовлено девять волноводных вакуумных СВЧ нагрузок. Максимальный уровень импульсной мощности, рассеиваемой в нагрузке, составил 120 МВт. Это позволило провести тестовые испытания СВЧ элементов инжекционного комплекса ВЭПП-5 в процессе строительства установки и обеспечивает возможность нормальной работы СВЧ тракта ускорителя при его эксплуатации. В настоящее время продолжается производство СВЧ нагрузок всех трех разновидностей для использования на форинжекторе, также изготавливаются две мощных нагрузки для отправки в г. Дубну для реализации проекта ЛУЭ-200 (ИРЕН, ОИЯИ)

3. Создание ускоряющей структуры и мощной СВЧ нагрузки явилось стимулом для развития производственных, измерительных и вычислительных технологий в ИЯФ. Специально для изготовления ускоряющих структур на базе экспериментального производства ИЯФ был создан новый технологический участок сборки и вакуумной пайки. Для проведения необходимых измерений в процессе изготовления СВЧ изделий был создан отдельный измерительный комплекс, оснащенный необходимым оборудованием. Разработан и изготовлен набор необходимых приспособлений охватывающих всю совокупность измерений, осуществляемых в процессе изготовления СВЧ элементов.

4. Сконструированы и изготовлены элементы магнитной системы форинжектора: соленоиды, квадрупольные линзы, корректора и поворотные магниты. Все магнитные элементы сейчас успешно работают на ускорителе.

5. Разработана и изготовлена конверсионная система форинжектора. Впервые спроектирован, изготовлен и успешно испытан импульсный конверсионный магнит, являющийся основой конверсионной системы. Позитронная система форинжектора ВЭПП-5 по своей эффективности превосходит все действующие в мире аналогичные системы. Количественной характеристикой этой эффективности является выход позитронов, равный отношению числа ускоренных линейным ускорителем позитронов к числу падающих на мишень электронов, выраженному в процентах и делённому на энергию первичного электронного пучка, исчисляемую в Гигаэлектрон-вольтах. У конверсионной системы форинжектора данный показатель равен 9%/ГэВ, что на данный момент в полтора раза выше, чем показатели лучших в мире установок. Такой результат был достигнут благодаря оригинальной конструкции импульсного согласующего магнита, создающего качественное магнитное поле, фокусирующее позитроны после мишени.

6. Для системы диагностики были разработаны и изготовлены датчик положения пучка и заряда сгустка, вторично-эмиссионный профильный монитор, люминофорный датчик, магнитный спектрометр. Впервые разработан, спроектирован и изготовлен так называемый пучковый датчик, который осуществляет контроль за продольным распределением заряда в сгустке [3]. Принцип действия пучкового датчика основан на отклонении тонкого электронного пучка низкой энергии в электромагнитных полях интенсивного релятивистского сгустка. Датчик позволяет измерять продольное распределение заряда в каждом сгустке, а также контролировать относительное расположение и размеры сгустков. Этот же прибор способен точно измерять поперечное положение центра масс сгустка.

7. Для стабильной работы СВЧ оборудования линейного ускорителя разработаны и изготовлены элементы системы термостабилизации, которая позволяет поддерживать температуру СВЧ элементов с точностью 0,1 °С в рабочем диапазоне температуры 25-^-35 °С.

Научная новизна работы:

1. Впервые в России создан работающий линейный ускоритель на частоту 2856 МГц с параметрами на уровне лучших мировых установок.

2. Разработана и изготовлена ускоряющая структура на частоту 2856 МГц, отличающаяся от аналогичных структур, имеющихся в других научных центрах, конструкцией основных элементов (рубашка охлаждения, трансформатор типа волны и т.д.). Особенности конструкции позволяют изготавливать структуры любой длины, облегчают изготовление и обслуживание. Отлажена технология мелкосерийного производства ускоряющих структур.

3. Разработано и изготовлено три варианта СВЧ нагрузок на основе нержавеющей стали 20X13, перекрывающих весь необходимый диапазон поглощаемой импульсной мощности от 5 МВт до 120 МВт. Конструкция нагрузок оригинальна и не имеет аналогов в мире.

4. Разработана конструкция, изготовлен и успешно испытан импульсный конверсионный магнит. Получены рекордные результаты по выходу позитронов.

5. Разработан и изготовлен пучковый датчик, позволяющий контролировать и измерять параметры исходного пучка не разрушающим методом. Конструкция и физический принцип действия датчика оригинальны и не имеют аналогов в мире.

Научная и практическая значимость работы.

Форинжектор ВЭПП-5 позволяет повысить светимость ускорительных комплексов на встречных электрон-позитронных пучках, работающих и создаваемых в ИЯФ, т.к. является интенсивным источником электронов и позитронов с производительностью 2Т010 электронов и позитронов в секунду. Максимальная производительность действующих в ИЯФ СО РАН позитронных источников на комплексах ВЭПП-2М и ВЭПП-3, ВЭПП-4 не о превышает на настоящий момент 1.8-10 позитронов в секунду. Такой производительности недостаточно, чтобы обеспечить проектную светимость строящегося в ИЯФ комплекса ВЭ1111-2000. Вступление в строй инжекционного комплекса позволит убрать дефицит позитронов, который наблюдается на всех работающих в ИЯФ установках со встречными электрон-позитронными пучками.

В заключение выражаю глубокую благодарность научному руководителю работы П.В.Логачеву за руководство и помощь в процессе написания работы.

Выражаю искреннюю благодарность А.В.Новохатскому, Д.Е.Куклину,

A.Н.Косареву, Н.Н.Лебедеву, [В .В .По дл евских|, |Б.М.Смирнову|, Н.А.Кузнецову, М.Б.Корабельникову за совместные обсуждения и помощь при создании всего комплекса оборудования описанного в работе.

Искренне благодарю С.Л.Самойлова, С.М.Гурова, А.А.Старостенко,

B.М.Павлова, К.К.Шрайнера за оказанное автору работы внимание и помощь при написании работы.

Выражаю благодарность А.А.Диденко, С.Г.Пивоварову, В.С.Кузьминых за полезные советы; всем сотрудникам НКО и другим сотрудникам ИЯФ, принимавшим участие в обсуждении, проектировании и изготовлении описанных узлов и систем.

Заключение.

В данной работе представлены основные системы и элементы разработанные, сконструированные и изготовленные для использования на форинжекторе ВЭПП-5. На текущий момент в штатном режиме работают электронный линейный ускоритель, 180° поворот, конверсионная система и первая позитронная ускоряющая структура. Далее установлен временный вакуумный тракт и магнит-сепаратор (Рис. 2).

200 kV ^электронная пушка

Линзы

Субгармонический группир о в а т ел ь

Фо кусирующие катушки

Умножитель мощности 1

Сепаратор

ВЧ группирователь

Квадрупольная линза Нагрузка

Квадрупольная линза

Квадрупольная линза

Ускоряющая структура б'

Фокусирующий rh 60 триплет —ьзмагнить»

Квадрупольная линза Ускоряющая II структура 2 эНагрузка

Спектрометр

Пучковый датчик

Ускоряющая структура 3, 4 и 5

Квадрупольная линза

Нагрузка

Рис. 2. Действующая на сегодняшний день часть инжекционного комплекса.

Электронный пучок ускоряется в пяти первых ускоряющих структурах до 285 МэВ, проходит 180° изохронный поворот и фокусируется на конверсионную мишень. Позитроны, полученные в системе конверсии, ускоряются в первой позитронной структуре до 75 МэВ. Секционированный цилиндр Фарадея установленный после магнита-сепаратора позволяет измерять энергетические спектры электронов и позитронов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шиянков, Сергей Владимирович, 2005 год

1. Р.М.Лапик, А.А.Кулаков, П.В.Мартышкин. Расчет и измерения прототипа импульсного магнита конверсионной системы инжекционного комплекса ВЭПП-5, Препринт 99-59, ИЯФ, Новосибирск, 1999.

2. Podlevskih V.V., Shiyankov S.V. RF load for VEPP-5 preinjector. Proc. of HEAC 98, Dubna, 1998,203-206.

3. P.V.Logatchov, P.A.Bak, A.A.Starostenko, N.S.Dikansky, E.A.Gousev, M.B.Korabelnikov, S.V.Shiyankov, Non-destructive single pass monitor of longitudinal charge distribution. HEACC-2001, Tsukuba, Japan, March 2001.

4. М.С.Авилов, А.В.Акимов, А.В.Антошин, П.А.Бак, С.В.Шиянков и др. Инжекционный комплекс ВЭПП-5, состояние работ, RUPAC-2004, Дубна, 2004.

5. Косарев А.Н., Куклин Д.Е., Новохатский А.В., Подлевских В.В., Шиянков С.Н. Ускоряющая структура форинжектора инжекционного комплекса ВЭПП-5, ВАНТ, серия ядерно-физических исследований, выпуск 2, том 1, Харьков, 1998, с 125-128.

6. Kosarev A.N, Kuklin D.E., Novohatski A.V., Podlevskih V.V., Shiyankov S.V. The accelerating structure for VEPP-5 preinjector, International workshop on linear collider, Protvino, 1998, c.73-77.

7. HFSS.Users Guide., Ansoft Corporation, Pittsburgh, 1999.

8. B.B.Подлевских. Ускоряющая секция и СВЧ нагрузка для форинжектора ВЭПП-5, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, ИЯФ, Новосибирск, 2003.

9. С.Ю.Митрофанов. Магнитная система группирователя инжекционного комплекса, Дипломная работа, ИЯФ, Новосибирск, 1994.

10. И.Н.Мешков. Введение в физику пучков заряженных частиц, Учебное пособие, НГУ, Новосибирск, 1988.

11. Г.Кнопфель. Сверхсильные импульсные магнитные поля. «Мир», Москва, 1972.

12. Д.Паркинсон, Б.Малхолл. Получение сильных магнитных полей. «Атомиздат», Москва, 1971.

13. В.П.Карасик. Физика и техника сильных магнитных полей. «Наука», Москва, 1964.

14. Р.М.Лапик, П.В.Мартышкин, А.М.Якутин. Некоторые вопросы разработки сильнополевых импульсных магнитов, Препринт 2004-73, ИЯФ, Новосибирск, 2004.

15. R.Lapik, P.Martyshkin. Capture Efficiency of High Field Flux Concentrator. PAC-2001,2001.

16. Брехна, Хилл, Бейли. Импульсный магнит на 150кЭ с концентратором потока и охлаждением жидким азотом. ПНИ, 1965, №11, 3.

17. Уилсон, Сривастава. Конструкция эффективных концентраторов потока для получения больших импульсных магнитных полей. ПНИ, 1965, №8, 3.

18. A.Kulikov, S.Encklund, E.Reuter. SLC positron source pulsed flux concentrator. SLAC-PUB-5473, 1991.

19. П.В .Мартышкин. Разработка конверсионной системы инжекционного комплекса ВЭПП-5, диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, ИЯФ, Новосибирск, 2000.

20. К.В.Губин, А.Г.Иголкин, П.В.Мартышкин. Основные положения термостабилизации форинжектора ВЭПП-5, Препринт 97-100, ИЯФ, Новосибирск, 1997.

21. Avilov M.S., Podlevskih V.V., Shiaynkov S.V. et. al. Status of VEPP-5 Preinjector. Proc. of LINAC2002, Gyenju, Korea 2002, p.92-96.

22. Линейный ускоритель электронов для интенсивного источника резонансных нейтронов. Отчет N 92-4/ ИЯФ , н.рук.А.В.Новохатский, Новосибирск, 1993.-150с.

23. М.С.Авилов, А.В.Акимов, А.В.Антошин, П.А.Бак, С.В.Шиянков и др. Инжекционный комплекс ВЭПП-5, состояние работ // Атомная энергия. 2003. - №1. - С.82 - 87.138