1. Магнитная структура Бустера




Назва1. Магнитная структура Бустера
Дата канвертавання05.12.2012
Памер71.87 Kb.
ТыпДокументы



1. Магнитная структура Бустера

Основные параметры Бустера



Основными задачами Бустера – промежуточного синхротрона тяжелых ионов являются: накопление 4∙109 ионов золота 197Au31+ и ускорение их до энергии 600 МэВ/нуклон, которой достаточно для последующей обдирки их до состояния Au79+.


Это позволяет существенно снизить требования к давлению остаточного газа в Нуклотроне из-за уменьшения вероятности перезарядки ионов на остаточном газе. При этом конечная энергия ядер золота в Нуклотроне составляет 4.6 ГэВ/нуклон. Применение электронного охлаждения в бустере на энергии ионов порядка 100 МэВ/нуклон приведет к уменьшению продольного эмиттанса пучка до величины, требуемой для сжатия сгустка по завершении его ускорения в Бустере.


Ниже представлены конфигурация и характеристики принятого к исполнению варианта магнитной структуры кольца Бустера, в котором, по возможности, были учтены все основные особенности данного ускорителя.


Были рассмотрены возможности использования двух типов магнитов – «теплых» и сверхпроводящих. Показано, что оба типа магнитов удовлетворяют главным требованиям, предъявляемым к параметрам Бустера. Окончательно был выбран вариант со сверхпроводящей магнитной системой, одним из преимуществ которой является возможность использования магнитов, конструкция которых аналогична конструкции магнитов Нуклотронаi. Данный тип магнитов выбран также как базовый для сверхпроводящей магнитной системы синхротрона SIS-100 в проекте FAIR (GSI, Германия), что позволяет объединить международные усилия по производству подобных магнитов.


Существующая положение Нуклотрона, возможные направления каналов ввода и вывода позволяют разместить Бустер с периметром 211.2 м внутри ярма магнита Синхрофазотрона.

В концептуальном проекте были рассмотрены две версии структуры бустера с периодичностью DFO и FODO. Первый вариант позволяет создать более эффективную систему электронного охлаждения и произвести коллимацию ионов, изменивших свой заряд в процессе ускорения, меньшим числом поглощающих мишеней. По этим причинам для дальнейшей проработки была выбрана структура DFO.

Магнитная система Бустера состоит из четырех суперпериодов, каждый из которых включает 10 дипольных магнитов, 6 фокусирующих и 6 дефокусирующих линз, мультипольные корректоры для компенсации погрешностей основного поля (диполи, квадруполи), нелинейностей магнитного поля и коррекции хроматичности (секступоли). Максимальное магнитное поле в диполях составляет 1.8 Тл.


Возможно реализовать 4 типа инжекции ионов из линейного RFQ ускорителя с энергией 3 МэВ/нуклон в бустер:

  1. однооборотная инжекция,

  2. инжекция тремя последовательными импульсами длительностью 7 мкс каждый, с интервалом 0.1 сек между ними с накоплением пучка в поперечном фазовом пространстве,

  3. трех – оборотная инжекция с посадкой пучка на фиксированную орбиту,

  4. классическая многооборотная инжекция.

Все варианты инжекции могут осуществляться с помощью одного инфлекторного устройства и четырех импульсных пластин, создающих локальное смещение орбиты на время инжекции. Быстрый (однооборотный) вывод переводит пучок из Бустера в Нуклотрон или, если необходимо, в экспериментальный зал для экспериментов на фиксированной мишени. Система вывода состоит из одного ударного и одного септумного магнитов.


Ниже представлены конфигурация и характеристики принятого к исполнению варианта магнитной структуры кольца Бустера , в котором, по возможности, были учтены все основные особенности данного ускорителяа.

Требования к структуре и ее возможные варианты.



Характеристики дипольных и квадрупольных магнитов с железным ямом и обмотками из трубчатого сверхпроводника, размещение систем комплекса в существующих зданиях, максимальное использование имеющегося оборудования и экспериментальных залов определили следующие требования к структуре Бустера:

  1. достижение максимально возможной энергии ускоренных ионов при заданных размерах кольцевого тоннеля внутри железного ярма синхрофазотрона;

  2. получение интенсивности 4 109 ионов Au33+ в импульсе;

  3. обеспечение высокой эффективности вывода пучка в широком диапазоне энергий, предельного снижения радиационного фона вокруг ускорителя;

  4. выбор минимально возможных апертур сверхпроводящих элементов кольца и их поперечных сечений в целях снижения энергопотребления;

  5. использование в качестве инжектора линейного RFQ ускорителя на энергию 3 МэВ на нуклон и ЛУ–20 с возможными модификациями.

Форма кольцевого тоннеля, образованного магнитопроводом Синхрофазотрона, а также имеющиеся направления ввода и вывода пучка позволяют разместить внутри синхрофазотрона ускоритель с периметром 211.2м и числом суперпериодов, кратным 4. Схемы расположения Бустера приведены на рис.1.1 и 1.2.




Рис. 1.1. Схема расположения бустера в кольцевом магните Синхрофазотрона


picture-ready1

Рис.1.2. Расположение бустера относительно Нуклотрона


Оценки показали, что при максимальной индукции магнитного поля B=1,8Тл и максимальной скорости нарастания dB/dt=1Тл/с суммарная длина свободных промежутков для размещения оборудования систем ввода, вывода и ускорения должна быть ~30 м.

Основные параметры магнитной структуры Бустера.


Расчеты проводились для следующих параметров инжектируемого пучка: горизонтальный и вертикальный эмиттансы ex,z=10pммрад, импульсный разброс Dp/p = 10–3, энергия
3 МэВ/нуклон. В процессе инжекции и на начальной стадии ускорения из–за ошибок в согласовании канала транспортировки и погрешностей магнитного поля эффективный фазовый объем пучка возрастает. В соответствии с этим были приняты коэффициенты увеличения эмиттансов: для горизонтальной и вертикальной плоскостей k=1,3. Импульсный разброс после адиабатического захвата в синхротронный режим ускорения (Dp/p)max=210–3; искажение орбиты при условии коррекции первого оборота xmax=zmax=3мм. Рост нормализованного эмиттанса в процессе ускорения аппроксимируем функцией [2–exp(-5t/tк)], где tк – время ускорения.

Выбранная магнитная структура состоит из 4-х cуперпериодов, в каждый из которых входят
3 регулярных периода и один период, не содержащий дипольных магнитов. Регулярный период включает в себя фокусирующую и дефокусирующую квадрупольные линзы, 2 дипольных магнита и 4 малых свободных промежутка, предназначенных для размещения мультипольных корректоров, коллиматоров и диагностического оборудования. Схемы двух типов периодов даны на рис.1.4.


ring


Рис.1.3. Кольцо бустера в тоннеле синхрофазотрона

Для медленного вывода целесообразно использовать нелинейный резонанс 3Qx=14, возбуждаемый 14–ой гармоникой секступольной нелинейности. Диаграмма резонансов до 3–го порядка включительно и возможное положение рабочей точки даны на рис.1.5.

Очевидно, что инжекцию и ускорение ионов желательно осуществлять, работая в области (Qx=4,8 и Qz=4,85).


Динамические характеристики и огибающие на суперпериоде для выбранных частот бетатронных колебаний приведены на рис.1.6 и 17.

Выбор оптимального положения рабочей точки в синхротронах, как правило, продолжается на всех этапах создания и настройки ускорителя и не влияет на разработку отдельных систем, за исключением системы коррекции резонансов. Последняя поэтому должна быть в достаточной степени гибкой.


two_cells


Рис.1.4. Эффективные, по железу и габаритные длины двух типов периодов бустера




Рис.1.5. Диаграмма бетатронных резонансов до третьего порядка, включительно, в окрестности рабочей точки



Рис.1.6. βx,z и дисперсионная функции для выбранных частот в одном октанте бустера


sizes_1.png

Рис. 1.7. Огибающие пучка в горизонтальной и вертикальной плоскостях


Основные параметры магнитной структуры Бустера даны в таблице1.1.

Таблица 1.1. Основные параметры магнитной структуры Бустера

1. Общие данные

Ионы

Энергия инжекции

197Au33+

3 МэВ/нуклон

Максимальная энергия

600 МэВ/нуклон

Магнитная жесткость при инжекции

1,5 Тлм

максимальная

25,0 Тлм

Периметр

211,2 м

Кулоновский предел по интенсивности

3.109 A/q2 част/цикл

Критическая энергия

3,3 ГэВ/нуклон

2. Структура и магнитные элементы

Количество суперпериодов

4

периодов типа ДФО

24

дипольных магнитов

40

квадрупольных линз

48

Эффективная длина




дипольных магнитов

2,2 м

квадруполоьных линз

0,42 м

Индукция в дипольных магнитах




при инжекции

0,11 Тл

максимальная

1,8 Тл

Градиент в линзах Ф при инжекции

1,51 Тл/м

максимальный

25,1 Тл/м

Градиент в линзах Д при инжекции

–1,45 Тл/м

Максимальный

–24,6 Тл/м

Радиус кривизны в дипольных магнитах

14 м

Сагитта в дипольных магнитах

0 мм

3. Динамические характеристики структуры и пучка

Частоты бетатронных колебаний

4,75

Производные частот ¶ Qx/( ¶ G/G)ф

6,5

¶ Qx/( ¶ G/G)д

-2,6

¶ Qz/( ¶ G/G)ф

-2,6

¶ Qz/( ¶ G/G)д

6,3

Хроматичность DQx/( Dp/p)

-6,8

DQz/( Dp/p)

-6,5

Коэффициент уплотнения орбит

0,05

Амплитуда скорректированной орбиты

3 мм

Аксептанс горизонтальный

250 мммрад

вертикальный

64 мммрад

Эмиттанс пучка при инжекции Ex,z

10 мммрад

в конце ускорения Ex

1,7 мммрад

Ez

2,0 мммрад

Импульсный разброс при инжекции

± 10–3

максимальный

± 410–3

в конце ускорения

± 810–4

Период обращения при инжекции

8,8 мкс

в конце ускорения

0,88 мкс




i



Дадаць дакумент у свой блог ці на сайт

Падобныя:

1. Магнитная структура Бустера iconПрограма вступного іспиту
Організаційна структура економіки, секторний поділ економіки. Основні пропорції відтворювальної структури економіки та їх вплив на...

1. Магнитная структура Бустера iconHeader заглавния блок съдържа обща информация за обекта. Всеки ред има следната структура: name data
Структура на записа на картата на възстановената собственост в цифров вид (zem единен Формат)

1. Магнитная структура Бустера iconПлан производственная практика на базе предприятия ОАО "вэлт-к" 2 Сферы деятельности предприятия, состав и назначение производимых товаров. 2
Организационная структура управления предприятием и его производственная структура. 3

1. Магнитная структура Бустера iconКонтрольная работа по теме «Магнитные явления» в формате гиа 9класс
...

1. Магнитная структура Бустера iconТема лекции
Принципы классификации и номенклатуры микроорганизмов. Структура и функции бактерий. Основные формы и величина бактерий. Анатомия...

1. Магнитная структура Бустера icon«Средняя общеобразовательная школа №2»
Оборудование: презентации учащихся о математиках древности; магнитная доска; газеты учащихся с информацией о Пифагоре и Эйлере; плакаты...

1. Магнитная структура Бустера iconСтатистические материалы к семинару «отраслевая структура хозяйства зарубежной европы». Отраслевая структура ввп стран Европы и их инвестиции в другие страны
Статистические материалы к семинару «отраслевая структура хозяйства зарубежной европы»

1. Магнитная структура Бустера iconУрок квн
Цель урока: повторение, закрепление и обобщение темы «Африка» Оборудование: карта Африки, на доске контур материка Африка, магнитная...

1. Магнитная структура Бустера iconИгорь Гаршин Язык linc. Книга Создание лексики Содержание
Структура числительных: согласный-гласный-согласный. Структура перечисляемых элементов, носящих качественный характер (музыкальные...

1. Магнитная структура Бустера iconГидденс, сочетая критику функционализма и структурализма с вдохновением, почерпнутым из различных отраслей «понимающей социологии», делает акцент на постоянно
«структура есть то, что придает форму социальной жизни, а не сама форма». Он предложил преобразовать статическое понятие «структура»...

Размесціце кнопку на сваім сайце:
be.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©be.convdocs.org 2012
звярнуцца да адміністрацыі
be.convdocs.org
Галоўная старонка