Влияние краевых полей магнитных элементов на динамику пучка в циклических ускорителях и накопителях заряженных частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

НАУКОВИЙ Ф13ИКО-ТЕХНОЛОПЧНИЙ ЦЕНТР MIHICTEPCTBO ОСВ1ТИ YKPAÏHH НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМ 1Я НАУК YKPAÏHH

ргг ОД

На прагах руксяшсу

1 0 ¡ :0Н 1908

Ефжов Сергш Володимирович

УДК 621.384.6

ВПЛИВ КРАЙОВИХ ПОЛ1В МАГН1ТНИХ ЕЛЕМЕНТ1В НА ДИНАМ1КУ ПУЧКА В ЦИКЛ1ЧНИХ ПРИСКОРЮВАЧАХ ТА НАГРОМАДЖУВАЧАХ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТОК

01.04.20 - физика пучюв заряджених часток

Автореферат дисертащ! на здобуття вчеиого ступеня кандидата ф1зико-математичних наук

XapKiB - 1996

Роботу викоиапо у Нацюн-алыюму науковому центр! Харывсышй ф13ико-тсхн1ЧШШ шститут (ННЦ ХфТ1)

НАУКОВИЙ КЕРШНИК:

Карнаухов -доктор ф^зико-математичних наук,

1ван Михайлович професор, ННЦ ХФТ1, м.Харк!а

ОФ1Ц1ЙН1 ОПОНЕНТИ:

Ошгценко

1ван Миколаевич

-доктор ф1зи^о-математичннх наук, ННЦ ХФТ1, м.Харюв

Мирошниченко Валентин 1ванович

- доктор ф1зико-математичних наук, 1нсштут прикладно! фгзшш, м.Суии

Пров1дна оргатзащя

- Харювсьюш державний утверситет, м.Харк1в

Захист дисертацп Е1дбудеться " Р- ° Ик—

годит на заодаша Спвщал1эованоТ Ради Д 02.19.01 при Харклвському науковому ф1зико - технолопчному центр! (м.ХаркАв, вул. Нои ородська, !)•

3 дисертащсю можна ознайоми^нся у СпещаызованШ РадД Д 02.19.01.

Автореферат роз1слано " Я- ГП/Ь&^Ь/ь 1996 р.

Вчений секретар л. "7

Спец1ал1зовано1 Ради ' ^иЬ^у' В.П.Демуцький

Д 02.19.01

Зшэдыш хврактеркстдош раОоти

Актуальш'сть проблема обумовлека кеобзидшспо одвржання >ецнзШних путав в цшоичних присхоризвачах та нагромаджупачах л забезпечення сучааюго ршш досуиджень в ядершй фхзищ, ф^зшц 10меитарннд часто«, досллдясеш, на пупках сшхротрошюго щромцповашщ (СВ), для ефакпшпого виксристовувапня путав в зиклдадгах цйях. Для одорзжання пучшв висоюей якостх необзадтю шхазува-ш факхори, що збурюють рух часгок, за на сладок чого ;сспгг ефекпшпхй евдтане пучка. Одним з таких фяктор1"в с кряйош зля мапитш« еломгатп прйсх0рювач1в. Звичайно хпд пас розрахуизив зпскорювачш враховуються лшпа ефвктивна довжнна магштних юма'.та та лйййный зсуз частот вертпкалышх ботатронних коливань 1 паслздок крайогшх палдв, що достатньо п1д час розрсбок крушшх ггаиовок, дозшпп орбгга гхпх схладае в1д сотен, ыетрщ до шлькох логхсщив 1, вудаэв^но, орбита в диполышх !.гапатах мае селшшй раддус гвороту, що схладае десяти 1 сотт ио.трш. Остешйм часом в евт ззробляються та угоняться в дио компаютв таракадозеувачи - джерела В, в яппх засгосовушться падпрошдт мапатн з малим радиусом ршадяи. В таких установках пшчш крайових полш на дннатку пупка ойоэ бупг поштшш, Крайоа1 ефеяхн можуть стати фахтором, що Зкалсус засгосувакня так Гйзашгх вставок - вй-лерт та опдулятор1в -ристрош з п&ликою шлыаспо мапптпп з поляртстю, що чсргуеться. акож троба врахосувдтн крайоа» поля в установках э эустр1чшши учхеаьш для одержашш волико! свипшосп. в лисщ зустрт.

Стан справ. Питания крайового фокусування пучка за допомогою эрцошке зр1з!в дипольних магай1а в лшйяому наближинт аивчет оехпь давно, и тахе фокусування засгосовуеггься в ввлшеш галькосп иочих установок. В рад прецпзШншс пркстрот, таких як магштш пехтромотри, враховуготь виляв крайовпх псиив на змиг^ граектор11 асхок, визначають компонент поля високого порядку 1 розраховують с вплпв на дияашху пучка. При цьому вякорисговуються чпелов! [втоди рюзрахунку. Такий метод дае добр! результата, ягацо озраховуеться одноразово проходження пучка через поле складного иду, наприклад - через поле спектрометра, але пеприйиятий для |Озрахушсу цшшчних установок.

Ведомо чимало рййт, в якых досл^джусться проходження окремш часток через- область кр&йового паля, ала отриматм э них узагальшоюч показншш, що характеризуют!, динамщу пучка, досить складно. В рвд . робгг вказуехъся из проблеми, що пов'язаш з крайовими полями пр! малому рад1уа. крквшш дипольних магнтв 1 на те, що гаггаши урахування дшс солш вшсликають найбшлп дискусп. Також шдомо, щ< вставки - плоска в1глсри та ондулятори • иомтю впливають на частот; вортикалышх бетафсиших коливань.

Меток» дасерщашйног робота с досидхсення впливу крайови: полав магштшгх елеменпв на дияамжу пучка ' в цихлтш: прискорювачах 1 нагромаджувачах, одержаныя вираа1в, що описуют крайош ефекти, серед них - для обчислювалышх програм, розрахунк диншш! пучка, а також одержання практичких рекомендащй що д< врахуванна наливу крайовкх поив на днналшсу пучка шд ча розрахушив присхорювашв та способам зменшання, яхщо пок нвприемао впливакт» на пучок.

Наукова новизна работи палягас у тому, що:

- Виконано теоретично досладження впливу крайових пол) дипольних магштхв та багатопалюсних лшз на динашку пучк.. Показано, що крайоь! поля дипольних магнтв окрДм вадомш дефохусування пучка в вертикальному напрямку приводять до вплш частота вертакальких бетатронних коливакь В1Д Тх амплиуди. Т061

■ робоча точка на ддаграм» бетатронних коливань ператворюеткса вертикальну лшпо. В цьому раз! часгки пучка можуть огашитнся р1зних умовах з точка зору 1х усталеност, що може приводит / зростання ефективиого ештансу, зменшення дшгамхчно! апертур прискорювача 1, як наойдох, до зменшення часу життя пучх Показано, що крайош поля дипольних магт-пв та багатополюсних лй створЮють додаткош резонансна умови, що також погано впливае 1 яккгп» пучка. Одержана внрази для урахування цих ефшшв наближвнт тонких л!нз а обчислювалышх програмах, що модалюю динашку пучка.

- Розроблвно методику 1 проведено експериментально дос/цджшг налшхйносп поперечного руху пучка на нагромаджувач! Н-100 ХФ" Показано, що р1знаца в нелшшносп вертикального 1 горизонтально

»ужу е на сладком вплигву Крайових поив дипольних магатв. Экспериментально одержано залежтсть частота вертакальних коливань дд амплитуды, що добро погоджуеться з результатами теоретичного рследження.

- Експеримвнтально та шляхом модалювання на обчислювальнш 1ашит процесу повмьного резонансного виводу, що був здШснений на [агромаджувачг Н-100 ХФТ1 на резонанс! третього порядку у вертикальному напрямку, було дооиджено валяв крайових пол1в на [роцес повшлого виводу. Показано, що з зб1лыпенням амшйтуди ;оливакь зростас в»дстань В1д резонансу як наоидок, зменшуеться [рибуток амхштуди пучка на кожному обврт1 в процеа виводу.

• Проведено розраяунки впливу крайових полгв дипольних ¡агнтв на параметр« пучка для галькох установок. Вони показали, що :райов1 ефекти найб1лып помгпп в циюичних присхорювачах на мал1 та :еродт енерги.

-Плооеа вставки - ¡йглери та ондулятор« - розглянуто як уперпозищя крайових полш 1 назначено залежтсть зсуву частота в1д (мшитуди. Проведено розрахунок дннамхчноТ апортури джерела шхротронного випромшзоаання ДСВ-800, що розроблясться в ХФТ1, з >рахуванням крайових полш дипольних магнтв. Показано, що вони (омтго впливаготь на неГ.

Практична шхн1сть. Результата робота було безпосередньо еикорнстано шд час розробки методики та проваденш експерименгпв по говиьыому виводу влектрошв з нагромаджувача Н-100. 3 врахуванням ;райових пол1в розрахункова ефектившсть вйводу добре збклась з жспвримвнтальною. Ц1 дооидженпя було вшсорисгано шд час яорудження каналу кваз1безперервного пучка електротв з енерпсю 'О-ЮОМеВ для е'кспериментш на внутр1штх мипенях. Результата робота аколс було вшсористано шд час розрахушав дипольного магнату та кинамгюо! апертури спещал13ованого джерела сшхротронного 1Ипрошшовання ДСВ-800.

Оciio mi положения, mo паааютяьсп go saxucmy:

1. Методами гашльганово! шшшхи проведено теоретично дос/идження впливу крайових полон дип алышх магнтв та багатополюсних л1нз на динамику пучка в цгаиичних прнскорювачах та нагромаджувачах. Бизвачено пшк резонанав, що збуджуються крайовшщ полыми дттальшос магатв, квадрупольних та сексхупольпш: лшз. Одержако пираан для огшеу крайових ефектгв дшзолытх магнтв та • квадрунолыетх лшз в наблнженш тонких лмо для 1х анкористовування в обчислюаальних програмах, що моделюють динамжу пучка. Показано, що крайов! поля диполышх магнтв обумовлюють залвааасп» частота вертикалышх бетатронних колнвань В1Д fx амплгтудн за наоидок кубично! налшШносп магттного поля на краях магнтв, що мае шеце в сунров^тй сисгет координат. Кубична нсуишйнйсгь крайового магапного поля зи-еншуеться при збмыпешп довясшш крайового поля, а П вплиа на пучок зменшуеться з зменшенням атштудко! функци на краях магтхш.

2. Розроблано методику та проведено ексдерименгальн» доаидження залежнаса частота бататронних коливань в!д ix амшитуди на нагромаджувач! Н-100. Експерименгально вишрювана нелнпшастъ руху у вертикальному напрямку обумоалена крановими полями днполыШх магнтв. Пор1вняння результатов вкспериментального та теоретичного дооиджання заложносп частота вертикальних бататронних коливань шд Fx амшитуди показало ix гариу згоду.

3. Експвриманталько дослхджено ефективтеть процесу повального реэонаншого виводу э нагромаджувача алекхрошв Н-100 у вертикальному нопряику. Вишрювана ефективтеть виводу гарно узгоджуеться з результатам! розрахуншв, що враховуютъ вплив крайових noAis дипольнкх магнтв на рух часгок, що виводяться, у вертикальтй плохщ. Гйд час пашльного виводу у вертикальному напрямку з зросташши ашштуди часгок, що виводяться, эбмьшуеться Ix 3oir в1д резонансу i зманшусться прибуток амшитуды часгок £ процеа виводу за касл1док впливу крайових пол1в дютольних магнтв, тому повольний вивод часгок для його б1\ьшоТ ефективносп нообх!дыс здШснювати у горизонтальному..напрямку.

4. Проведено розрзхунхи впливу крайових пол!в дипальних питв для матпшшх структур ряду прискорювалышх всганов. жазано, що лшШний зсуз вертикальных бетатрошшх коливань добре . годгхуеться з эксперимент альшти даними та з рекомендагцями що до ахування впливу крайових полов на лнпйне дефокусування пучка по ртияал! в обчислюзалышх програмах. Показано, що лйпйга та лнпйт ефекти крайового поля там 61лыш чим менше радиус кривинн бш! у днполыгах манатах.

5. Розроблено метод урахування крайових полов плоських уставок пглер1в та ондуляторш - на. дшшм1ку пучка гад час провадження алгтчшсс розрахугоав. та модалюванга. на обчислювалыай мапппп. зоводено розрахунки динам1чно1 апортури розробляемого джерела гхротронного вяпромнповання ДСВ-800 з урахуванням крайових пол1в. : полышх магктв та уставок. Показано, що крайов! ефекти ашпують дшштчну апертуру у вертикальному напрямку.

Апробащя робота та пубм'кати Основш результата робота ; повидались на: IX Всесоюзной нарадх по прискорювачах (м.Дубна, 84р.), II €зропейсяШ конференцн по прискорювачах (м.Нща, 1990р.), I Всесоюзшй нарадД по прискорюпачах (м.Москва, 1990р.), III , гропойаой коиференщ! по прискорювачах (м.Берлш, 1992р.), ЬжгаародкШ конференцп РАС-95 (м.Далас, 1995р.), М1жнароднШ школ* I пркашргсшачзх (м.Егер, Угорщина, 1995р.), наукових семшарах 5>П. •

Осношэ результата роботи були надруковаш в "Журнале V ¡ышческой физики", "Письмах в журнал технической физики", гкрашкзсом физическом журнале", ВАНТе, препрштах, наукових >ацяхперел1чених конференцШ та иарад, звйгах ХФТ1. Усього по тем* гсертаци надруковано 12 работ 1 отримано одне авторське св^доцтво.

Структура дисертапп. Дкссртацш схладаеться хз всгупу, трьох )здшв, висновку та додаткш. Повний обсяг роботи складае 119 .... ■ор!нок, включаю чи 25 малюшив та 3 таблиць Ё1бл1ограф1я включае ) найменуваиь. Кожний роздал починасться власним вступом та асшчуеться висновками.

Змклг дисертацИ

В дисертацй сисгематнзааано результата теоретичного тс експариментального доопдженна шшшу крайових полш магнтши елеменгш на динашку пучка в цшиичних прискорювачах ыагромадаеувачах зарядасешхх часток.

проаналиогано сучасшш стая справ, сформульовано ции, робота тс основш. положены«, що подаються до захисту.

У першому роздш наведено результата теоретичного дослддхшння впливу крайових по/ив магштних алемадтв прискорювачгв на динамжу пучка з вйкориспшням методш гаммьтоново! мехаяпси.

На початку роэд!лу проведено пор1вняння ргзних метод» досмдження, що викорисговуються в ф1зищ прискорювачхв та обгрунтухзаиня метода досладження, що був викорястаний в данй робота. Обговорюються результата, що були отримаи! шшими авторами, з яжих видно, що а цей час рух часток в крайових полях i основному досиджусться з використанням числових метод1в, щс сприйнятно, якщо розглядати невелику юлыасгь елеменпв, але и погано використовувати, коли роаглядусться динамша пучка i цикллчних установках, де частки багато paaiB проходить через сама ц елеменТи.

Повний гамйьтошан подано як складаючогося з двох часгш Н—Н()-гН\, де Hq - неабуранин тамшл-отан, Н\ • збуреши гамиьтотану, яке обумовлено д1сю крайових полав:

У встут обгрунговако актуальтсть теми дооидясшгая

(1)

де й - приведений рад1ус орбгга; Bp - м^гштна зкорсписть частки;

Aj 2.3 - компонент векторного магттного потенщал;

збурення;

Рх,я" поперечт 1мяульси; с - швидисть свпла.

Записано компонента: маггатного векторного погенгралу для полышх MarmTiB i багатополюсних мапппшх Aim. Показано, що адяки скривлошхя траоктор» пучка в обласи кранового поля польного маната (мал.1) в супровуупй пучку систэш координат, в iii досуцджустъся рух, ца пола »¡дображаеться з використаиням двох , iMnoneHriB потенциалу:

оо (

до Bq - поле в зазор! мапту;

0l($) = —— J bq {&)dQ- + а0; (ао ~ торцевий кут 3pi3y маггату).

В9 i

Також записат компонента магттното потенщалу для агатополюсних магттних лшз.

Гамьльтошая збурешш складаеться з двох часпш: резонансно!, в Kill с заложисть Б1д азимутального куту, i стабшзуюпо!, в якш ця элвжтсгь в1дсугня. Показано, что Kpaiioni поля можуть- збурюпати

езонанси типу (2 j — l)v2 = р та {2j-l)vz+v; - р (/, р - цш исла), Докладио розглянуто розопапс третьего порядку, В поромшних ¡я-фаза отримано формула для стацюнарних точок типа "одло" i центр". 3 стабшзуючо! частини гашльтошану отримано формулу для суву частота вертикальних бетатрошпгх колнвань в залежносп В1Д шттудн:

- Мал.1. Траектория ришоважшм частей поблизу вях1дцого магшта. розрахунковий початок кранового поля, Зр- механична метка полюса. ефезсптаадй край воля.

я2в;

^_■ -2(У-1) г

м, • ГГТ-'р'

О'

' (3)

до 1"х0, >-20 * робо*» частота бстагронних коливань установки;

Л

1

2ъЯ2к ш

:-12

М»«)

222

./ 2зс

р 2{«£-т) - значения ашштудно! фушащ вертикального руху на т-м краю магната;

2о - зммцеаня орбгш по вертикал!

В1дзчачимо, що додавання провадиться по уах 2М краях М могншв. 3 выразу (3} бачимо, що д1я крайових подш може бути змащоана за допомогою торцевого куту зр1зу.

Розлгякуто збуреыня, що вноситься в динамику пучка крайовини полядщ бапзтсясшосЕИХ лшз, Показано, що крайош паля квадруполыпгх

кшз коззуть збурити розонанси типу 1wx z ~ К, 2n(±V.r ± V^.)« к,л s таяогх подуть до квадратично» залохояосп частота гориэоиталытах та зертпкальнпх ботатрошшх коливакь в1д Ir амплпуди, що впзпачесться узбутком модуля фупкци флохе у третьому сгупеш на и поаздну по 1зшхуту на'входному та вгоидному краях. KpañoBi поля сохступольиих

«ш кожугь збурюгати рэзонанси типу (2я -+• l)vT =ÍT,

(2я+1) v^ + 2flvr = mXtZ~k, + u2vT^ = ir.

ЗтабШзукзча часпгоа хтяльтошаиу збурвзпгя для оэкступолышх лшз готогшо дсршшостьса иу-ио.

¿fe ajy ф_ ая*

3 сихорисганпям кгногп'птх рпзпяш» {——==——; -=--)

as dpz as oz зтргшеко формулу, n*s» вдобрахсас вплпз герайояапс пол1в дппоаыгого (¿агсйту па динамшу пучка в пабмтсшп тонких лшз, яккй э (гхрхжсш&ш члашз розкдлдашш поля до тротього порядку для моиохромзтпчного пучка у матричному виглялД заштсусться як:

00 00,. 00 со

О s о 5

Пор1шшння з bíaomhmh дашши по лшШному зсуву частота показало 1х гарну згоду. В цьому ж уявлшпй отримано формулн для квадруполей. Розраховано коефодопи jc-¡ та в залаяшосп bía кута торцового 3pisy двумзрно! модал! дшгольного магтта (мал.2) i зазору (мал.3).

Видно (мал.2), що щ коефщхсити слабо залежать ид кута эр1зу. На мал^З показано, що э зШльшенням зазору лпшшпй зсув частота зростас, нвлаййний - зкешпуеться.

У кшцз. першага роздал./ проведеяо азтлхз одвржашгх в на!

w I

рвзулыгшв.

I Ml I . Ill --1.......1 I. , , »......... I - «........Ь.

a. Q.1 аз as

а0 , lad .

Мад-2. Залелаасгь крайових коефшдетгв в1д куга торцевого spisy диполытаго магшту. icj - сухцльна липя, к% - штрихова.

У другому ррздш. наведено результата експериментального доаиджеш« впднву крайових поив дипольних магнтв на динам!ку пучка. На нзгромгдакувгта Н-100 ХФТХ была вашрювано залежшсга частота бетатрошшх калиоань лучка взд ,1х амд/итуди. Описайе методика експернмешу. Резонанше збурення колнааыь було здшсненс високочасготним полей,, що утворювалось С-подШним магштои зфериговим сердечником, що був всгановлешш в одному : прямалшшагах проложив тагромаджувача. Магшт було повернуто ш кут 45" навкрути свое! oci, щр давало можлишсгъ дооиджуватн як горизонгалышй рух, так i вертикальный. Схема эксперименту показанг на мал.4.

Si С"2.

Ззлоопесеь врайсвзи. жоеф&цетш зе!д зазору в дяйояллсму riarniïi. - сугрльпэ Aima, £3 * гетра&оза.

Дла Езкйрюгглзшя зэлелпюсп амтаиудя колясаш> ид Ьс частота будо розроблено прилад, що згбезпечував "плапяу зкшу частота збурюючаго поля (свш-гекератсзр) як в 6ïk ïî зСялыпення, isx i в 6iK зменшеная кз годмшу сад стандартного вимргователя агпштудно-тастопша характеристик Х1-27, що дас змогу виг.аркжати тхлыся одну плку резонЕЯШо» npirscï. Частота свш-гедаратора зв'язана з

шракгернякк частотами установки як f = JTT(l — ±ô|), да fT -

частота oôepiiB. Показания часготоыору, що вишргавав частоту свш-генератора, та оацлограми поперечного розподьлу гуспши пучжа, отримаш за допомогою. сшхротронного вшфомшювання, сштично сумпцалнся та запксувались хга вгдеомагштофон. Вюяркэзакня було проведено на пучку ележтрошз з enepriero ICOMcB i при взлетит серад иього струшу у нагромвджузвч! ~1мА.

Мал.4, Схема вцшрховаиня ашглпуди бетатровних коливань £ залеязюсп в1д ix частот на нагромаджувача Н-100. 1- полюсе высокочастотного С-подобного ыагтгу; 2- тдсилювач; 3- дисектор; 4-свш-генаратор; 3- часгдтошр; 6- острлограф; 7- приймальна телекамера О- в1доо^аггатофон.

На мал.5 наведенр резонансну крипу, вишрювану дл! ввртпхалышх.. коливань. Штриховою лшхсю показано усередкен? характериспяну криву. Також показано розпо/ул поперечно! гусшш часгок при разшгх зсувах частота В1д резонансу; зверху - коли частот; змшюеться 3 бОКУ ЗНИЗу - 3 боку \"2>

Коли збурювалися горизонтальш бетатронш коливакня шдбувалося шаидке (юлька секунд) скидання пучка. Розрахунки, щ< було проведено за результатах йксперимешу, показують, що коефйфен нелшшкосз! руху в вертикальному напрямку приблнзно на порядо; манший, шж у вертикальному.

Шсля введения точки, в якай проводилися вюори (1), розташушння кра1В млпату (т) вирази для лаайиого та квадргшгшоп зсуву частот» вертихальних хсливань мають'погляд:

^«--г&ЕРжк*);.

ш

,2 _2

32тсВр Я р^) а

Мал«5. Реэоиакап крнш ввртикальних ботатрошшх аливаыь нагромадхсувача Н-100 поблизу, резонансу vz~2/3. о, + -кгперимонталкш точки при проходждешп резонансу э боку меттошх ха ¡льших частот вэдпову^но. Стрелками показано шшрямок проходжеиня езонансу.

На мал. 6 наведено ексосркментальна та розрахунковя залежносп, частота вергикалышх бетатронних колиаань в!д квадрату 1х ампл!туди.

Мал.6. Залажтсть зсуву частота вертикал,ьтт бетатронних коливань В1д квадрату Тх амплггуди. Кружечками позначено експеримекталыа точки при перехресгент резонансу з боку менших частот, хррсгиками - з боку больших. 1- розрахунок при аироксимаци за виразом (5), 2- результата експерименту.

Видно, що аксперимешальна крива добре збкаеться з розрахунковою.

Також в цьому роздъи наведено результата доаиджения впливу крайових полхв дипольних магнтв нагромаджувача Н-100 на процес пйвмыюго виведення пучка у вертикальному напрямку на резонана *2=2/3. Особлишстю даного експерименту е те, що вшйдний пристрш був розташований не в максимум! вертикально! амшйтудно! функци, що знаходиться на азимуп саредини мапшу. Моделюваина процеса виведення на обчислювальшй машиш показало, що бе: врахування крайових полхв практично весь пучок губився б на егшказ вакуумно! камери в максимум! амплггудно? функци. Але з врахування»; крайових полхв була отримана ефекшитегь пов1лыгаго виводу, щс

близька до отримано! експериментально (~40%).

" (

Тагсги чииои, в другому роэдш наведено результата кспаргокштального доойджоння впливу крайових полш диполыснх агншв на динашку пучка, що добре уэгоджуютъся з результатами воретичного досмдження. Основиий виаювок по цьому розд1\у олягае в току, що з-за стабшзуточо! дД крайових пол1в пов1льний пив1д ргщэ зд!йсгпозат11 п горизонтальному напрямху, щоб зменшити втрати учка на впводному пристрой

У трави,ому розаглу наведет резульхати розрахумив впливу райових пол1в диполышх магнтв на динамжу пучка для ряду шиичних прискорховач1в (нагромаджувачш), серед 1шх з врахуваниям лоскиз. вставок - в1глер1в та ондулятор1в. Було використано кспонешдально наблюдения кранового поля Ьо(з)~ехр(-з/о) . {оказано, що вплив крайових польв на динамжу пучка найб1льш ймштй а установках на мал* та середш енергп, в нагромаджувачах з йдпров!дшши магттамн 1 особливо при наявносп плоских вставок. 1роведаио пор1вняння лшойного зсуву частоти з в1домими, кспериментальнныи даними 1 показано ¡х "гарну в!дпов1дтсть.

• Отримано вираз, що отгасуе зсув частоти шд впливом крайових ол1в плоских вставок, якх з точшсхто до члешв з квадратами амплитуд гаютьпогляд:

8%В2р2

1 +

АК

(6)

де ¿ц - довлшна вставки; ки =2 я/Л (Я- перюд); ах - ашьитуда коливань. В1дпов1два формула для >бчйслювальних програмах, що гаближенш тонких л1нз мае вигляд:

облжу розглянутах ефекпв в моделюють динамжу пучка, в

К

1Ар'

1

1 Ц.

(7)

де К = \ — 1С/4г~рИ(^ка, i в випадку секторннх манатов (а0 =0) K-l-Tc/4, прлмокутаих (сс0 -íJ кар) К= -я/4.

Показано, що для фжсованоГ енерги пучка вплив к'райових помв вставки можо бути скомпеысовано за допомогохр тордев:их купв зр!зу

на кожному з яагыхтrave, блокш: CXq = А,(4 — %)/ 8тгр.

3 викорисгаыкзм формула (6) проведено розрахунки сплину вставок на динамхку пучка для установок SUPER ACO (Фраыщя), BESSY (гймеччина). Показана добра в1дпов1дтсть результатов розрахуику з наведекими аксдсримшггальними даними.

Розглянуто вплив крайових пол1в дипольних магнтв та шглера на дннамАчну апертуру джврела ешхротроняого випромшювання ДСВ-800, що розробляЕться в ХФТ1.' Розрахунки показали, що крайош поля зиеншують вартикалыгу дннашчну апертуру установки, хоча в даному випадку вона залишаеться бхльше, вш геоматр^чна.

Таким чином, показано, vbp крайов1 поля поштно вплившоть на дннашку пучка в вертикальному напрямку в установках на мал1 та середт онерш, особливо в компактних джерелах ешхротронного шшрошшовання з вдкорисганням шдпров1дних елементш як у фокусуюяих структурах, так i у вставках.

У висновку сфорыульовано основш результата, що были отримат в дисертацп, а сама:

-Показано, що xpañoei поля дипольних магнтв обумовлшють з'явления куб!чно! налипйносп поля в супрогцдтй систем! координат, що викликае залежшеть частота вертикалышх бетатронних холиваш» в1д ÍX амплатуди. Кубична нелшшнйезь зменшуеться, якщо збишпуеться довжина крайового поля, a ¡I вплив на пучок зменшуеться з зменщенням амплггудно! функдй на краях магнтв. Визначено типи резонанов, що збуджуюгься крайавилш полями дипольних магнатов, квадрупольних та сексгуполышх лшз.

-Проведено експериментальт доемдження залежносп частота бетатронних коливань в1д íx амплиуди на нагромаджувач1 Н-100. Ексиеримектально вишрювана нелшшнзеть руху у вертикальному напрямку обумоалена крайовими полями дипольних магнтв.

[оршшшня результата ' вкспврнмантального та теоретичного оел1дження залежност! частота ввртикалышх бетатротших колявань DiA : ¡ышлигуди показало ix гарну згоду.

г Експсрнмсигалыю досиджено ефективтсть процесу пов1льного азонансного виводу з нагромаджувача алектротв Н-100 у гртикальному напрямку, Вишрювана ефективтсть виводу гарно згоджуеться з результатами розрахушив, що враховують вплив рзйовнх пол1в диполышх махигйв на рух часток, що виводяться, у зртикалыпй плодр. Обгргуиггоаано висновок, що попьлький вивод исток для його биьшо! ефекхивиосп необх!дно зд1йсшойати у зризонталыюиу напрямку.

-Показано, що ллайшсй зсув вертихалышх бетатрошшх хсоливань збрз узгоджуеться з експерименталъиими дапимн та з рекомендащями [О до врахуваиня шшшу крайових полов па лппйяо дофокусування учка по вертикал» в изгуючих обчислкшальннх програмах.

- Розроблеп» метод урахування крайовнх поли» плоських вставок -глсрш та ондуляторов - "на динамжу пучка тад час провадження зялтгших розрахуетоа та модалювант на обчислзовальшй машшп. ровсдено розрагункн динашчноГ апертури розробляемого джерела нхротрошгого випромшювання ДСВ-800 э урахуванням крайових полш шолыпос кагш-пв та вставок. Показано, що крайов1 ефекти лоншують динаючну апертуру у вертикальному напрямку,

У аоаатку наведено:

Внрази для компонеит шдузщй магнггаогополя! магттного этеш^алу багатополюсннх дню.

2. Гам1льтон1ац збураного руху э точщспо до розкладу крайового эля дипольного магшту до тратього порядку.

3. Гаммьтотан збуроння квадруполыго! лШзи до члетв розкладу зугого порядку вхлючно.

Особиста участь

Самостийно виконано теоратичт розрахунки впливу крайових шв магттних алемекпв на динашку пучка: багатополюсннх лшз (1], шольнгас магнтв [6,8,10,11], BirAepiB та ондулятор1в |12J, розрахунки адйових офекйв дипольного маппту Дясерела сшхротронного шромшювання ДСВ-800, що розробляеться в ХФТ1 [73, отримаш

формула було вшсорисгано шд час розрахушав Д1шам1чноГ аперту] ДСВ-800 [13]. .

Приймалась базпосаредня участь в шдготовщ та проведен оксперименталышх досшджень динамики пучка на нагромаджувачх 1 100, що були пов'язаш з крайовцми ефектами шд час повального виво/ пучка (2,9], в розробдх методики вим^рювання залежносп часто: бетатронних коливань в!д !х амшйтуди (3-5] та у самих вим1рюванш 16,8].

Основт матер1али дисертацшноГ робота оприлюдненх публйсацхях:

1. Е.В. Булок, С.В.Ефимов. "Влияние краевых поле шюгополюсных магнитных линз на поперечное движение заряженнь частиц в циклических ускорителях". ЖТФ, т.57, в.7, 1987, с.1324-1327.

2. Е.В.Булях, П,И.Гладких, С.В.Ефимов и др.. "Медленный Выпс пучка из накопителя электронов". Письма в ЖТФ, том 10, вып. 23, 198 с.1421-1423.

3. Е.В.Буляк, С.В.Ефимов, В.В.Марков, Н.И.Мочешнико "Экспериментальное исследование потерь часшц интенсивно! электронного пучка в накопителе на одномерном резонансе третье! порядка"..УФЖ, т.27, №10, 1982, С.1453-М55.

4. Е.В.Буляк, С.В.Ефимов, В.В.Марков. "Измерение частот некогерентных сикхротрслшых колебаний". ВАНТ, Сер. Техника фи эксперимента. Вып. 1(10), 1982, с. 74-75.

. 5. Е.В.Булях, С.В.Ефимов, . В.В.Марков. "Способ измерена частоты продольных некогерентных колебаний сгустка заряжении частиц". Авторское свидетельство №890953, Бюллетень "Изобретение открытая и товарные знаки" №26, 1982г.

6. Е.В.Буляк, С.В.Ефимов, А.С.Тарасенко! "Нелинейные эффект краевого поля дипольных магнитов в циклических ускорителях накопителях заряженных частиц". Препринт ХФТИ 87-1 М.ДДНИИатоминформ, 1987, 9с.

7. Е.В.Буляк, С.В.Ефимов, И.М.Карнаухов и др.. "Дипольны магнит источника синхротронного излучения ИСИ-800". Преприн игас 3, Киев, 1993, 16с.

8. Е.В,Булях, С.В.Ефкков, А.<уЛ>красанхо.. "Нелинейные эффекты эаепого поля поворотных магнитов п циклических ускорителях и даэпиталях". Труды IX Всесоюзного совещания по ускорителям фяясшшых частиц (Дубна, 19Мг.), т.2, с.276-279.

9. Е.В.Булдк, П.И.Гладких, С.В.Ефимов и др.. "Эксперименты по едлешюму выводу электронов из накопителя Н-100". Труды IX сесоюзного сопещаш по ускорителям заряженных частиц (Дубна, Э84Г.), т.2, c.25Q-253. »

10. E.V.Biilyak, S.Vj2fimov. "Nonlinear effects due to fringe Holds of yclic accelerator dypolas". Proc. EPAC-90, v.2, 1990, p.1455-1457.

11. С.В.Ефимов. "О влиянии краевых полей дипальных магнитов а динамику пучка в циклических ускорителях". Тезисы докладов ^Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц Москва, 1990г.), с.1611

12. S.V.Efrmow "Fringing Field Effects of tho Plane Undulator on loam Dynamics in Storage Ring". Proc- EPAC-92, 1932, v.l.,p.664-66S.

13. S.Efimov, LKamaukhov, S.Kononenko et al.. "The dynamical pertura of ISI-800". Proc. PAC-95, Dallas, 1995.

■ Ефимов CrB. "Влиятша краевых полей иатогпшх элементов на ^тптамику пучка в пикличеашх ускорителях и накопителях заряженных йети* /рукопись/ • на соисханиа учёной степени кандидата физико-датемвтическпх наук по специальности 01.04.20 - физика пучков заряженных частиц. Защита состоится на заседании Специализированного Совета Д 02.19.01 при Харьковском физихо-гехнологическои центра (г.Харьков, ул. Новгородская, 1) 1996г.

Аннотация. В диссертации теоретически, методами гамильтоновой механики, и экспериментально проведено исследование влияния краевых полей дипальных мапштов и многополюсных • магнитных линз на динамику пучка. Определены типы возбуждаемых резонансов. Показано, что краевые поля дипольных магнитов приводят к .зависимости частоты вертикальных бетатранных колебаций от их амплитуды. Приведены результаты экспериментального исследования этой зависимости на' накопителе электронов Н-100. Экспериментально

исследовано влияние краевых полай на процесс медленного вывода пучка из накопителя Н-100 по вертикали. Приведены результаты расчётов краевых эффектов для ряда магнитных структур. Показано, что краевые паля дипальных магнитов и вставок уменьшаю? динамическую апертуру накопителей.

Ключе слоргц дажогшталь, магнат, краевое поле, резокаце, динамическая апертура, медленный вывод.

S.V.Efmtov. "Fringing field effects of magnetic elements on bean: dynamics at cyclic accelerators and, storage rings".

Abstract. Fringing field effects of dipole magnets and multipola laasc; on beam dynamics axe investigated in the thesis both by theory (with tbf use of Hamilton mechanica methods) and experimentally. Types о partuibed resonances are determined. It is shownv that dipole flinging field; lead to dependence of vertical betatron tune on the oscillation amplitude Results of experimental research into this dependence for the Elocttoi Storage ring N-1GQ era presented. Fringing field effects on the vertical slov beam extraction from N-1Q0 are investigated experimentally. Calculations о fringing field effects fox a number of magnetic structures are given. It i shown that the fringing fields of dipoles and the insertion devices 'rGduс the of storage ring dynosaic aperture.

Key woicjg storage ring, magnet^ fringing field, resonance, dynami aperture, slow oxtatciioft.