Инжекция электронов и позитронов в коллайдер ВЭПП-2000 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

004618916

На правах рукописи

БЕРКАЕВ Дмитрий Евгеньевич

ИНЖЕКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И ПОЗИТРОНОВ В КОЛЛАЙДЕР ВЭПП-2000

01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

1 ЗЯНВ2011

НОВОСИБИРСК - 2010

004618916

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

КООП — доктор физико-математических наук,

Иван Александрович Учреждение Российской академии наук

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

ВИНОКУРОВ — доктор физико-математических наук,

Николай Александрович профессор, Учреждение Российской

академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

СИДОРИН — кандидат физико-математических наук,

Анатолий Олегович Объединенный институт ядерных

исследований, г. Дубна.

ВЕДУЩАЯ — ГНЦ "Институт теоретической

ОРГАНИЗАЦИЯ: и экспериментальной физики", г. Москва.

Защита диссертации состоится " 24 " дХ-^н^уЗ) 2010 г.

в " " часов на заседании диссертационного совета Д 003.016.03 Учреждения Российской академии наук Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск-90,

проспект Академика Лаврентьева, И. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН.

Автореферат разослан « 22. » _ 2010 г.

Ученый секретарь , /

диссертационного совета,

доктор физ.-мат. наук / А. А. Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Начиная с 1974 г. электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2М в Новосибирске успешно работал в диапазоне энергий от порога рождения адронов до 1.4 ГэВ в с.ц.м. С помощью двух детекторов СНД и КМД-2 был набран интеграл светимости порядка 74 пбн-1. Это позволило детально изучить большинство каналов адронной е+е~ аннигиляции.

Весной 2000 года в ИЯФ СО РАН принято решение о модернизации ускорительного комплекса ВЭПП-2М для повышения светимости и увеличения максимальной достижимой энергии до 2 ГэВ, что позволит существенно расширить потенциал доступных экспериментов на комплексе. Кроме того, этот коллайдер позволит проверить концепцию круглых сталкивающихся пучков. Новый проект получил название ВЭПП-2000.

Цель диссертационной работы

Целью данной работы является создание каналов транспортировки и инжекции электронов и позитронов в новый коллайдер ВЭПП-2000. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи: расчёт основных параметров однооборотной инжекции в электронно-оптическую структуру нового коллайдера ВЭПП-2000; расчёт геометрии, оптической схемы, а также расчёт магнитных параметров элементов каналов инжекции из бустерного накопителя БЭП в новый коллайдер ВЭПП-2000; создание системы измерения параметров пучков в каналах и создание системы автоматизации управления этими каналами, интегрированной в общую систему автоматизации всего ускорительного комплекса ВЭПП-2000.

Личный вклад автора

Личное участие автора в получении результатов, составляющих основу диссертации, является определяющим. Им непосредственно рассчитан процесс инжекции в ВЭПП-2000, предложена геометрия и рассчитана оптика каналов транспортировки и инжекции, под его непосредственным

руководством создана система измерения параметров пучков, кроме этого он является автором системы автоматизации каналов инжекции.

Научная новизна

В связи с значительной модернизацией комплекса возникла необходимость проектирования новых каналов транспортировки и инжекции электронов и позитронов из бустерного накопителя БЭП в кольцо кол-лайдера ВЭПП-2000. Несмотря на то, что это кольцо имеет геометрию, похожую на ВЭПП-2М, модифицировать старые каналы не представлялось возможным, так как они рассчитаны на максимальную энергию 600 МэВ, и транспортируют пучки в те места, где у новой машины располагаются триплеты квадрупольных линз.

Новые каналы рассчитаны на энергию вплоть до 900 МэВ и транспортируют 108 — 10» частиц в пучке, а также обеспечивают согласование оптических функций колец БЭП и ВЭПП-2000.

Поскольку новый коллайдер располагается в том же экспериментальном холле, что и ВЭПП-2М, то, в связи с недостатком места, для достижения проектных энергий требуются большие магнитные поля поворотных магнитов и фокусирующей системы как в самом коллайдере ВЭПП-2000, так и в каналах транспортировки и инжекции. Следствием этого стала необходимость применения высокополевых (до 30 кГс) выпускных и впускных магнитов с железным ярмом, импульсных квадрупольных линз, обеспеспечивающих высокие поля при малых габаритах, а также общая сложность пространственной геометрии каналов инжекции в ВЭПП-2000.

Применение в каналах инжекции поворотных магнитов, питаемых последовательно с магнитами основного поля БЭП позволило избежать необходимости создания дополнительных сильноточных источников питания. Основные поворотные магниты канала имеют ту же кривую магнитного насыщения, что и магниты БЭП.

Автоматизированное управление каналами инжекции в коллайдер создавалось как неотъемлемая часть системы автоматизации всего ускорительного комплекса ВЭПП-2000. В основе построения данной системы лежит клиент-серверная архитектура взаимодействия программ и приложений между собой. В качестве основного протокола передачи данных

между серверами и клиентами выбран протокол TCP/IP, имеющий повсеместное распространение. Для управления аппаратным обеспечением используется современный стандарт промышленной связи CAN-bus, отличающийся надежностью и простотой реализации.

Автоматизированное измерение параметров пучков в каналах июкек-ции использует те же принципы построения, что и общая система автоматизации, благодаря чему в руках оператора появляется удобный инструментарий для настройки прохождения по каналам пучков электронов и позитронов их инжекции в коллайдер ВЭПП-2000.

Научная и практическая ценность

Разработка и создание каналов транспортировки и инжекции электронов и позитронов в новое кольцо коллайдера ВЭПП-2000 с максимальной эффективностью позволили достичь проектных параметров светимости на энергии <р-мезона и приступить к выполнению физической программы коллайдера ВЭПП-2000.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Рассчитан аксептанс структуры кольца коллайдера ВЭПП-2000 в различных режимах работы.

2. Разработан физический проект каналов инжекции электронов и позитронов в коллайдер ВЭПП-2000, рассчитаны геометрия и система фокусировки этих каналов.

3. Произведены магнитные расчеты всех элементов каналов инжекции, проведенные магнитные измерения показали хорошее соответствие параметров расчетным значениям.

4. Создана автоматизированная система наблюдения за пучками в каналах инжекции.

5. Создана современная система управления каналами, интегрированная в систему автоматизации всего ускорительного комплекса ВЭПП-2000.

Апробация работы

Основные результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались на следующих конференциях и рабочих совещаниях:

10th European Particle Accelerator Conference (EPAC 06, Edinburgh, Scotland), 20th Russian Conference of on Charged Particle Accelerators (RuPAC'2006, Новосибирск, Россия), 11th European Particle Accelerator Conference (EPAC 08, Magazzini del Cotone, Genoa, Italy), 40th ICFA ABDW 2008 (Novosibirsk, Russia), 21th Russian Conference of on Charged Particle Accelerators (RuPAC'2008, Звенигород, Россия), 12th International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS'2009, Kobe, Japan), 13th ISTC SAC Seminar "New Perspectives of High Energy Physics"(2010, Новосибирск, Россия)

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и одного приложения. Материал работы изложен на 76 страницах, включает 54 рисунка и список литературы, содержащий 29 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, представлены выносимые на защиту научные положения.

В первой главе диссертации представлен проект ускорительного комплекса ВЭПП-2000, схема которого представлена на рисунке 1, и описаны основные его подсистемы. Проведен анализ инжекции пучка в фазовый объём коллайдера с учетом нелинейных полей инфлектора и других параметров (см. рисунок 2).

Оптические функции в начале (1) и конце (2) каналов транспортировки:

Рх = 224.5 см, ах = 1.1, /9г = 78.9 см, аг = 0.1, фх = 41.5 см, ф'х = -0.275, = 0 см, ф'г = 0.

/Зх = 204 см, ах - -0.23, f3z = 204 см, az = -0.23, фх = 41.5 см, ф'х = -0.275, фг= 0 см, ф'г = 0.

6

(1) (2)

Рис. 1. Схема ускорительного комплекса ВЭПП-2000.

Рис. 2. Сравнение аксептансов ВЭПП-2000 для структур с разлйчными

/3*.

Для инжектирования в кольцо ВЭПП-2000 пучок должен пройти из бустерного накопителя БЭП на энергии 900 МэВ, с эмиттансами ех = 6.48'10""6 смфад, ег — 1.6-10-8 см-рад, энергетическим разбросом сг^е/в — 5.6-10-6 во впускной промежуток ВЭПП-2000, имея координаты на впуске х = —1.1 см, х' — 0. При этом впускаемый пучок должен подняться на 760 мм — расстояние между плоскостями орбит БЭП и ВЭПП-2000.

Во второй главе описаны каналы транспортировки электронов и позитронов из накопителя БЭП в коллайдер ВЭПП-2000. Общий вид каналов с обозначениями основных элементов представлен на рисунке 3.

ВЭПП-2000

М2 <ЗР1

Рис. 3. Канал перепуска БЭП - ВЭПП-2000 Схема фокусировки представлена на рисунке 4.

Существенной особенностью каналов является трехмерная пространственная геометрия, поскольку плоскость орбиты кольца БЭП расположена на 760 мм ниже плоскости ВЭПП-2000, а длина каждого из каналов от выпуска до точки инжекции составляет 14.8 м.

Рис. 4. Оптические функции канала БЭП—ВЭПП-2000. а) /3-функции, б) дисперсии.

Вторая глава, также, содержит расчеты основных параметров и конструктивные особенности всех магнитных элементов использующихся в канале: дипольных магнитов, квадрупольных линз и корректоров. Проведенные магнитные измерения элементов данных каналов показали хорошее соответствие измеренных характеристик проектным параметрам.

Впускной промежуток коллайдера представлен на рисунке 5. Как видно из рисунка, впускной участок разделен на впускной и доворачи-вающий магниты с пересечением электронной и позитронной траекторий между ними. Такое решение позволяет уменьшить поле впускных магнитов до 20 кГс (для сравнения: 30 кГс в проекте ВЭПП-2М), что значительно снижает требования на механическую прочность его ножа. Доворачивающий магнит с полем 30 кГс не имеет ножа, поэтому нет и жёстких требований на прочность конструкции этого магнита.

Рис. 5. Впускной промежуток коллайдера ВЭПП-2000.

В третьей главе описана система измерения параметров пучка в каналах БЭП-ВЭПП-2000. Для диагностики пучков частиц применяются два взаимно дополняющих друг друга типа датчиков: измерители профиля пучков, основанные на эффекте вторичной эмиссии и датчики токов изображения. Вся система измерения параметров пучков в каналах выполнена помехозащищённой от мощных коротких импульсов дефлектора БЭП и инфлекторов ВЭПП-2000.

На рисунке 6 приведен пример прохождения электронного пучка по каналу.

Впускные магниты

Датчик пучка

Поворачивающие магниты

Рис. 6. Программа «ИПП» на комплексе ВЭПП-2000.

Разработанный на основе современных программно-аппаратных решений и протоколов гибкий инструментарий является частью общей системы автоматизации всего ускорительного комплекса ВЭПП-2000 и позволяет с хорошей эффективностью настраивать прохождение пучков по каналам и их захват в коллайдер ВЭПП-2000.

Четвертая глава посвящена, вопросам автоматизации каналов транспортировки и инжекции БЭП-ВЭПП-2000. В ней описаны схемы управления питанием всех элементов каналов, а также программно-аппаратные решения, заложенные в основу построения системы автоматизации каналов инжекции и всего комплекса ВЭПП-2000 в целом. В качестве стандартов связи системы управления с аппаратным обеспечением используются современные и хорошо зарекомендовавшие себя протоколы CAN-Bus и САМАС, а для коммуникации программного обеспечения друг с другом — широко распространенный протокол TCP/IP.

Во второй части главы представлена схема временной синхронизации работы системы управления каналами и описан программный комплекс системы автоматизации, схема которого представлена на рисунке 7, В качестве примеров клиентских приложений на данной схеме приведены программы управления каналами (а), управления инфлекторами (б) и контроля импульсных источников питания (в).

Рис. 7. Схема работы программного обеспечения управления каналами.

В Заключении приводятся основные результаты и выводы диссертации.

В Приложении А описан алгоритм расчета параметров пучков на основе данных измерителей положения пучка, применяемый в системе наблюдения.

Основные результаты работы

В данной работе представлены разработка проекта и создание каналов транспортировки и инжекции электронов и позитронов из бустерного накопителя БЭП в новый коллайдер ВЭПП-2000. Канал способен перепускать пучки 10® — 10п частиц с энергией до 900 МэВ.

В результате моделирования однооборотной инжекции в структуру ВЭПП-2000 рассчитан физический аксептанс структуры коллайдера. Определены оптимальные параметры впуска: оптические функции, координата и угол влета частиц, силы удара и предудара.

Рассчитана сложная трехмерная геометрия каналов транспортировки пучков частиц включающая в себя наклонные участки и повороты системы координат. Оптическая схема позволяет достигнуть требуемого согласования оптических функций двух колец.

Сделаны расчеты конструкций всех элементов каналов, эти элементы спроектированы и изготовлены. Проведенные импульсные магнитные измерения показали хорошее соответствие полученных параметров расчетным значениям.

Разработана и создана система диагностики пучков. Создано программное обеспечение для этой системы.

Система автоматизации и управления, разработанная в рамках данной работы, является одним из ключевых моментов проекта каналов ин-жекции и всего ускорительного комплекса в целом.

В настоящее время, созданный проект каналов транспортировки позволяет инжектировать пучки электронов и позитронов в коллайдер ВЭПП-2000 с близкой к 100% эффективностью.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Berkaev D. Е. et al. Beams injection system for e+ e- collider VEPP-2000.— European Particle Accelerator Conference (EPAC 06), Edinburgh, Scotland, 26-30 Jun 2006.

2. Berkaev D. E., Shatunov Yu.M. et al. Status of VEPP-2000 project.— Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC 06), Novosibirslk, Russia, 2006.

3. Berkaev D. E. et al. Beams injection system for e+ e- collider VEPP-2000.—Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC 06), Novosibirslk, Russia, 2006.

4. Berkaev D. E. et al. Control System of VEPP-2000 Collider (Software, Hardware). — Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC 06), Novosibirslk, Russia, 2006.

5. О. В. Беликов, Д. E. Беркаев, В. Р. Козак, А. С. Медведко. Усилители мощности УМ-6 и УМ-20 для питания корректоров комплекса ВЭПП-2000: Препринт 2007-14-Новосибирск: ИЯФ СО РАН, 2007. http: //www.inp.nsk.su/publications.

6. Berkaev D. Е., Shatunov Y. M. et al. VEPP-2000 Electron-Positron Collider Commissioning and First Results of Round Colliding Beam Tests. — EPAC'08, 11th European Particle Accelerator Conference, 2327 June 2008, Genoa, Italy.

7. Berkaev D. E. et a I. Status and progress VEPP-2000. — 21st Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC 08), Zvenigirod, Russia, 2008. *Zvenigorod 2008, Particle accelerator* 70-73.

8. Berkaev D. E. et al. Control System for Injection Channels of VEPP-2000 Collider. —21st Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC 08), Zvenigirod, Russia, 2008. *Zvenigorod 2008, Particle accelerator*.

9. Berkaev D. E. et al. Beam Measurement System of VEPP-2000 Injection Channels. — 21st Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC 08), Zvenigirod, Russia, 2008. *Zvenigorod 2008, Particle accelerator*.

10. Berkaev D. et al. First commissioning results of VEPP-2000. — ICFA Beam Dyn. Newslett. - 2009. — Vol. 48. - P. 235-242.

11. Berkaev D. E., Achasov M.N. et al. First experience with SND calorimeter at VEPP-2000 collider.-Nucl. Instrum. Meth.A598:31-32,2009.

12. Berkaev D. E. et al. Beam measurament system of VEPP-2000 injection channels.—ICALEPCS'09, Kobe, Japan, 10-17 Oct 2009.

13. Berkaev D. et al. VEPP-2000 collider control system. - ICALEPCS'09, Kobe, Japan, 10-17 Oct, 2009.

14. Berkaev D. et al. Control system for injection channels of VEPP-2000 collider.-ICALEPCS'09, Kobe, Japan, 10-17 Oct, 2009.

15. Berkaev D. E., Schwartz D. B. et al. Present Status of VEPP-2000.— 22 Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC 10), Reotvino, Russia, 2010.

16. Berkaev D. E., Shatunov P. et al. The automation system of the electron-positron collider VEPP-2000. - 13th ISTC SAC Seminar "New Perspectives of High Energy Physics", Novosibirsk, Russia, 1-5 Sep, 2010.

17. Berkaev D. et al. Control system for injection channels of VEPP-2000 collider. — 13th ISTC SAC Seminar "New Perspectives of High Energy Physics", Novosibirsk, Russia, 1-5 Sep, 2010.

18. Беркаев Д. E., Шатунов Ю. M. и др. — Проект коллайдера ВЭПП-2000 [Электронный ресурс]. —ИЯФ СО РАН, Новосибирск, 2010. http: //vega.inp.nsk.su/vepp2000/.

БЕРКАЕВ Дмитрий Евгеньевич

Инжекция электронов и позитронов в коллайдер ВЭПП-2000

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Сдано в набор 17.11.2010 г. Подписано в печать 17.11.2010 г. Формат бумаги 100x90 1/16 Объем 0.8 печ.л., 0.6 уч.-изд.л.

_Тираж 100 экз. Бесплатно. Заказ № 33_

Обработано на IBM PC и отпечатано на ротапринте ИЯФ им. Г. И. Вудкера СО РАН Новосибирск, 630090, пр. академика Лаврентьева, 11.

Введение.

Глава!. Проект ВЭПП

1.1. Накопитель-охладитель БЭП.

1.2. Коллайдер ВЭПП

1.3. Инжекция в ВЭПП

1.3.1. Инфлектор бегущей волны.

1.3.2. Геометрическая апертура структуры ВЭПП

1.4. Аксептанс структуры ВЭПП

Глава 2. Физический проект каналов инжекции частиц в коллайдер ВЭПП

2.1. Геометрия каналов инжекции

2.2. Общий вид каналов инжекции.

2.3. Оптика каналов инжекции.

2.4. Магнитные элементы каналов инжекции.

2.4.1. Магниты 17.2° и 41.2°.

2.4.2. Импульсные квадрупольные линзы

2.4.3. Магнитные измерения квадрупольной линзы.

2.4.4. Выпускной магнит БЭП — магнитМ1.

2.4.5. Магниты Мг и МХ

2.4.6. Впускной промежуток.

2.4.7. Корректирующие магниты

Глава 3. Система измерения параметров пучка в транспортных каналах.

3.1. Вторично-эмиссионные датчики.

3.2. Датчики тока изображения.

3.3. Аппаратное и программное обеспечение.

3.4. Пример измерения с помощью системы ИПП: электронная оптика в начале каналов.

Глава 4. Система автоматизации каналов инжекции.

4.1. Управление импульсными элементами каналов.

4.2. Управление источниками постоянного тока

4.3. Управление генераторами инфлекторов.

4.4. Система синхронизации каналов

4.5. Структура программного обеспечения

4.6. Программы управления и контроля.

4.6.1. Управление каналами инжекции в ВЭПП

4.6.2. Контроль импульсных источников питания.

4.6.3. Управление генераторами инфлекторов.

Начиная с 1974 г. электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2М в Новосибирске успешно работал в диапазоне энергий от порога рождения адронов до 1.4 ГэВ в с.ц.м. С помощью двух современных детекторов СНД и КМД-2 был набран интеграл светимости порядка 74пбн-1. Это позволило детально изучить большинство каналов адронной е+е~ аннигиляции.

Весной 2000 года в ИЯФ СО РАН принято решение о модернизации ускорительного комплекса ВЭПП-2М для повышения светимости и увеличения максимальной достижимой энергии до 2 ГэВ, что позволит существенно расширить потенциал доступных экспериментов на комплексе. Кроме того, этот коллайдер позволит проверить концепцию круглых сталкивающихся пучков. Новый проект получил название ВЭПП-2000.

В связи с значительной модернизацией комплекса возникла необходимость проектирования новых каналов транспортировки и инжекции электронов и позитронов из бустерного накопителя БЭП в кольцо коллайдера ВЭПП-2000. Несмотря на то, что это кольцо имеет геометрию, похожую на ВЭПП-2М, модифицировать старые каналы не представлялось возможным, так как они рассчитаны на максимальную энергию 600 МэВ, и транспортируют пучки в те места, где у новой машины будут располагаться триплеты квадрупольных линз.

Новые каналы, должны быть рассчитаны на энергию вплоть до 900 МэВ и транспортировать 108 — 1011 частиц в пучке, а также обеспечивать согласование оптических функций колец БЭП и ВЭПП-2000.

Целью данной работы является создание каналов транспортировки и инжекции электронов и позитронов в новый коллайдер ВЭПП-2000. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи: расчёт основных параметров однооборотной инжекции в электронно-оптическую структуру нового коллайдера ВЭПП-2000; расчёт геометрии, оптической схемы, а также расчёт магнитных параметров элементов каналов инжекции из бустерного накопителя БЭП в новый коллайдер ВЭПП-2000; создание системы измерения параметров пучков в каналах и создание системы автоматизации управления этими каналами, интегрированной в общую систему автоматизации всего ускорительного комплекса ВЭПП-2000.

Разработка и создание каналов транспортировки и инжекции электронов и позитронов в новое кольцо коллайдера ВЭПП-2000 с максимальной эффективностью позволили достичь проектных параметров светимости на энергии </?-мезона и приступить к выполнению физической программы коллайдера ВЭПП-2000.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1. Рассчитан аксептанс структуры кольца коллайдера ВЭПП-2000 в различных режимах работы.

2. Разработан физический проект каналов инжекции электронов и позитронов в коллай-дер ВЭПП-2000, рассчитаны геометрия и система фокусировки этих каналов.

3. Произведены магнитные расчеты всех элементов каналов инжекции, проведенные магнитные измерения показали хорошее соответствие параметров расчетным значениям.

4. Создана автоматизированная система наблюдения за пучками в каналах инжекции.

5. Создана современная система управления каналами, интегрированная в систему автоматизации всего ускорительного комплекса ВЭПП-2000. 5

Заключение

В данной работе представлены разработка проекта и создание каналов транспортировки и инжекции электронов и позитронов из бустерпого накопителя БЭП в новый коллайдер ВЭПП-2000. Канал способен перепускать пучки 108 — 10п частиц с энергией до 900 МэВ.

В результате моделирования однооборотной инжекции в структуру ВЭПП-2000 с пред-ударом накопленного пучка с учетом нелинейного поля инфлекторов бегущей волны рассчитан аксептанс структуры коллайдера ВЭПП-2000. Определены основные параметры впуска: оптические функции, координата и угол влета частиц, силы удара и предудара. Оптимальное напряжение предудара — 35 кВ, удара — 50 кВ. Показано, что влияние нелинейностей инфлектора несущественно, и для расчетов согласования оптических функций каналов инжекции и оптики коллайдера достаточно учитывать линейные оптические функции.

В основе построения каналов лежат принципы модульности и симметрии. Благодаря этому удается уменьшить число различных типов магнитных элементов. Существенной особенностью каналов является трехмерная пространственная геометрия, поскольку плоскость орбиты кольца БЭП располагается на 760 мм ниже плоскости ВЭПП-2000, а длина каждого из каналов от выпуска до точки инжекции составляет 14.8 м.

Оптическая схема фокусировки, построенная на основе двух ахроматических поворотов позволяет достигнуть требуемого согласования оптических функций двух колец — БЭП и ВЭПП-2000, а также скомпенсировать вертикальную дисперсию, возникающую из-за подъёма пучков и вращений системы координат.

Поскольку оптическая структура впускного промежутка ВЭПП-2000 (набег фаз и значения оптических функций) идентична для разных настроек оптики коллайдера, переход канала от одного режима работы к другому не представляет практических затруднений.

В рамках представленного проекта сделаны расчеты конструкций всех элементов каналов, эти элементы спроектированы и изготовлены. Проведенные импульсные магнитные измерения показали хорошее соответствие полученных параметров проектным значениям.

Разработана и создана система диагностики пучков, объединяющая два взаимно дополняющих друг друга типа датчиков: измерители параметров пучков, основанные на эффекте вторичной эмиссии, и датчики токов изображения. Созданное в рамках проекта программное обеспечение системы диагностики, является частью системы автоматизации всего ускорительного комплекса ВЭПП-2000 и позволяет с хорошей эффективностью настраивать прохождение пучков по каналам и их захват в коллайдер ВЭПП-2000.

Разработанная для управления каналами инжекции в коллайдер ВЭПП-2000 система автоматизации является одним из ключевых моментов работы каналов инжекции и всего ускорительного комплекса в целом. Система конфигурации и хранения режимов работы с использованием структурированных баз данных, а также программы контроля работы источников питания и генераторов позволяют оперативно решать задачи перенастройки системы на новый режим работы или при поиске и устранении неизбежных поломок и неисправностей. Удобство и простота настройки системы транспортировки и инжекции частиц в значительной мере обеспечили успех данного проекта.

Принципы, лежащие в основе построения системы управления представленными каналами инжекции (клиент-серверные решения, специализация и оптимизация "под задачу" низкоуровневых программ), успешно применяются для построения и совершенствования общей системы автоматизации ускорительного комплекса ВЭПП-2000.

Низкоуровневые программы, такие как ит-эегуег и сатас-Бегуег являются общесистемными серверами используемыми для управления и другими подсистемами комплекса: инжектором ИЛУ—Б-ЗМ, накопителем БЭП, кольцом коллайдера ВЭПП-2000, и другими.

Основной набор программного обеспечения включает в себя программы управления каналами, контроля импульсных источников питания и управления системой инфлекторов и контроля наносекундных импульсов. Некоторые приложения, например программа работы с цифровыми осциллографами АОСЗЗЗ [22, 23] не вошли в рамки данной работы. Некоторым программам еще только предстоит быть созданными. Однако, несмотря на такую незавершенность, комплекс программ для управления каналами транспортировки и инжекции предоставляет оператору все возможности для работы по настройке каналов и проводке пучка в коллайдер ВЭПП-2000 без потерь.

В настоящее время, построенные каналы транспортировки позволяют инжектировать пучки электронов и позитронов в коллайдер ВЭПП-2000 с близкой к 100% эффективностью.

Используя представившуюся возможность, автор выражает благодарность Ю.М. Ша-тунову и И.А. Коопу за общее руководство работой и постоянное внимание; П.Ю. Шатунову, Д.Б. Шварцу и Ю.А. Роговскому за многочисленные обсуждения и помощь в процессе работы над диссертацией; И.М. Землянскому за полезные замечания в процессе подготовки рукописи.

Автор благодарен коллективу лаборатории 6 ИЯФ СО РАН и лично В.Р. Козаку за помощь в создании системы автоматизации каналов инжекции и всего комплекса ВЭПП-2000.

Хотелось бы, также, выразить признательность всем сотрудникам Института, совместно с которыми автор работал на комплексе ВЭПП-2000, в том числе Е.А. Переведенцеву, В.П. Просветову, O.A. Проскуриной, М.И. Непомнящих, B.C. Селезневу, Д.Б. Буренкову, A.C. Касаеву, А.П. Лысенко, И.А. Останину, A.C. Станкевичу и многим другим.

72

1. Berkaev D. et al. First commissioning results of VEPP-2000 // 1.FA Beam Dyn. Newslett. — 2009. — Vol. 48. — Pp. 235-242.

2. Berkaev D. E., Shatunov Y. M. et al. VEPP-2000 Electron-Positron Collider Commissioning and First Results of Round Colliding Beam Tests.— EPAC'08, 11th European Particle Accelerator Conference, 23- 27 June 2008, Genoa, Italy.

3. Danilou V. V. et al. The concept of round colliding beams. — Prepared for 5th European Particle Accelerator Conference (EPAC 96), Sitges, Spain, 10-14Jun 1996.

4. Валишев А. А. Исследование когерентных эффектов взаимодействия встречных пучков и динамической апертуры на накопителе ВЭПП-2М: Дисс. к.ф.-м.н. / ИЯФ СО РАН. — Новосибирск, 2000.

5. Накопительное кольцо БЭП. Рабочие материалы: Препринт 83-98.— Новосибирск: ИЯФ СО РАН, 1983.

6. Berkaev D. Е., Shatunov P. Y. et al. Magnet structure of the VEPP-2000 electron positron collider. — Prepared for European Particle Accelerator Conference (EPAC 06), Edinburgh, Scotland, 26-30 Jun 2006.

7. Беркаев Д. E„ Шатунов Ю. M. и др.— Проект коллайдера ВЭПП-2000 Электронный ресурс].— ИЯФ СО РАН, Новосибирск, 2010. http://vega.inp.nsk.su/ vepp2000/.

8. Дубровин А. Н. — Mermaid User's Guide, Novosibirsk, 2006. — ИЯФ CO РАН, Новосибирск.

9. Grishanov В. I., Podgorny F. V. Injection in the storage ringvepp-2000 // Proceedings of The 18th International Conference On High Energy Accelerators, March 26 — 30, 2001 / Epochal Tsukuba International Congress Hall. — Tsukuba: 2001.

10. Shatunov Y. M. et al. Project of a new electron positron collider VEPP-2000. — Prepared for 7th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2000), Vienna, Austria, 26-30 Jun 2000.

11. Berkaev D. Е. et al. Beams injection system for e+ e- collider VEPP-2000. — Prepared for European Particle Accelerator Conference (EPAC 06), Edinburgh, Scotland, 26-30 Jun 2006.

12. CAN in Automation Электронный ресурс], 2010. http://www.can-cia.org/.

13. Дружинин В. В. — Импульсные элементы канала перепуска БЭП — ВЭПП-2000. — Дисс. на соискание степени магистра, НГУ, Новосибирск, 2006.

14. Останин И. А. — Система измерения положения пучка на комплексе ВЭПП-2000. — Дисс. на соискание степени магистра, НГТУ, Новосибирск, 2008.

15. Berkaev D. Е. et al. BEAM MEASUREMENT SYSTEM OF VEPP-2000 INJECTION CHANNELS. — Prepared for ICALEPCS'09, Kobe, Japan, 10-17 Oct 2009.

16. Cherepanov V. P. Image current monitor for bunched beam parameters measurements: Preprint 95-39. — Novosibirsk: BINP, 1995.

17. Berkaev D. et al. Vepp-2000 collider control system. — Prepared for ICALEPCS'09, Kobe, Japan, 10-17 Oct, 2009.

18. Berkaev D. E., Shatunov P. et al. The automation system of the electron-positron collider vepp-2000.— Prepared for 13th ISTC SAC Seminar "New Perspectives of High Energy Physics Novosibirsk, Russia, 1-5 Sep, 2010.

19. Berkaev D. et al. Control system for injection channels of vepp-2000 collider. — Prepared for ICALEPCS'09, Kobe, Japan, 10-17 Oct, 2009.

20. Berkaev D. et al. Control system for injection channels of vepp-2000 collider. — Prepared for 13th ISTC SAC Seminar "New Perspectives of High Energy Physics Novosibirsk, Russia, 1-5 Sep, 2010.

21. Автоматизация ияф со ран, Новосибирск, электронный ресурс]. — 2010. http://www. inp.nsk.su/activity/automation/.

22. Усилители мощности УМ-6 и УМ-20 для питания корректоров комплекса ВЭПП-2000: Препринт 2007-14 / О. В. Беликов, Д. Е. Беркаев, В. Р. Козак, А. С. Медведко. — Новосибирск: ИЯФ СО РАН, 2007. http://www.inp.nsk.su/publications.

23. Беликов О. В. Источники стабилизированного тока для корректирующих магнитов в ускорителях и накопителях заряженных частиц: Дисс. к.т.н. / ИЯФ СО РАН. — Новосибирск, 2010.

24. Gentoo community электронный ресурс]. — 2010. http: //www. gentоо. org.

25. Qt online reference documentation электронный ресурс].— 2010. http://doc. trolltech.com/.

26. Шлее M. Qt4. Профессиональное программирование на С++. — СПб.:БХВ-Петербург, 2007. — С. 880.