Быстрые системы впуска-выпуска для ускорителей заряженных частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ



На правах рукописи

ШВЕДОВ Дмитрий Александрович

БЫСТРЫЕ СИСТЕМЫ ВПУСКА-ВЫПУСКА ДЛЯ УСКОРИТЕЛЕЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 3 ДЕК 2009

НОВОСИБИРСК - 2009

003486150

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

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

ЛЕВИЧЕВ Евгений Борисович

доктор физико-математических наук, Учреждение Российской академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

КУКСАНОВ

Николай Константинович

КРОТОВ

Станислав Владиславович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

доктор технических наук, Учреждение Российской академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.

кандидат технических наук, Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.

Учреждение Российской академии наук Институт электрофизики Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург.

Защита диссертации состоится «» tyfltß С' /ЭЯ_ 2009 г.

в « if О» часов на заседании диссертационного совета Д.003.016.01 Учреждения Российской академии наук Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск,

проспект Академика Лаврентьева, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.

Автореферат разослан « ЫуО »

к-ОЯОрЯ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физ.-мат. наук A.B. Бурдаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Для реализации впуска и выпуска пучков заряженных частиц в циклических ускорителях часто используется каскадная схема с однооборотной инжекцией частиц из ускорителя-инжектора в промежуточное накопительное кольцо (или синхротрон-бустер) и с однооборотным выпуском и инжекцией в основное накопительное кольцо.

Задачи однооборотного впуска-выпуска выполняются с помощью специальных наносекундных устройств, входящих в состав систем впуска-выпуска заряженных частиц.

Для циклических ускорителей с периметром порядка 100 м повышаются требования к времени установления удара по пучку с помощью импульсного отклоняющего устройства - кикера. Для получения высокой эффективности перепуска время установления удара в кикере, определяемое длительностью фронта электрического импульса, размерами и свойствами отклоняющего устройства, должно быть минимальным. В современных ускорителях и накопителях, в большинстве случаев применяется высокая кратность ускоряющего высокочастотного напряжения (180, 300 и 500 МГц) и работа с большим числом сгустков. Такие режимы в основном используются на комплексах СИ для получения максимальных электронных токов, а так же в экспериментах со встречными пучками для повышения светимости. При этом важной задачей является заполнение сгустками частиц всей орбиты ускорителя.

Вместе с этим существуют задачи, где необходимо осуществлять выпуск отдельных банчей, не возмущая при этом соседние сепаратрисы. Так же в настоящее время актуальным стало создание ионно-протонных ускорительных комплексов для медицинских целей, в частности для терапии раковых заболеваний. В таких установках ставятся задачи так называемого «порционного выпуска» частиц для локального облучения злокачественных опухолевых образований. Для таких целей так же применяются быстрые кикеры, в которых необходимо иметь наносекундные импульсы с формой, близкой к прямоугольной и длительностью от единиц до нескольких сотен наносекунд при скорости переходных процессов не более единиц наносекунд. В таких задачах используются кикеры в виде полосковых линий с различной геометрией, расположенные внутри вакуумной камеры ускорителя. Такие кикеры, обычно, работают в режиме бегущей волны, когда воздействующее на пучок поле включает и электрическую, и магнитную компоненты (Е и Н). Пластины кикеров при этом согласованы с питающими генераторами с помощью оконечных согласующих нагрузок, равных волновому сопротивлению подводящих кабельных линий. Достоинство таких режимов в том, что в два раза

снижается нагрузка по напряжению питающих наносекундных генераторов, в отличии, например от чисто электростатического режима. Так же при внутреннем расположении пластин уменьшается рабочая апертура кикера. Использование режима парафазного питания пластин еще вдвое понижает напряжение питающих генераторов. Еще одно достоинство режима бегущей волны состоит в том, что отсутствуют отражения и хвосты от действующих импульсов, что позволяет садить пучок частиц на равновесную орбиту ускорителя с минимальными остаточными колебаниями.

В настоящее время комплексы встречных пучков и источников СИ стали во много раз превышать по своим размерам первоначальные ускорительные установки. С переходом к сверхпроводящим магнитам повышается основное магнитное поле, установки сооружаются на все большие энергии частиц. При этом актуальной задачей становится соблюдение «гладкости» вакуумных камер накопителей, что требует создание магнитных кикеров с внешним расположением проводящих шин и встроенной керамической вакуумной камерой. Но при этом по-прежнему требуется заполнение максимального числа сепаратрис и минимальные потери при последовательных перепусках частиц. Характерные углы отклонения, которые должны создавать такие устройства >15 мрад, а рабочие поля - до 1 кГс. Поэтому, несмотря на то что в современных машинах периоды обращения частиц измеряются уже сотнями и тысячами наносекунд, кикеры и питающие их генераторы по-прежнему должны обеспечивать наносекундное быстродействие и иметь минимальную нестабильность импульсов по времени. Для получения высоковольтных наносекундных импульсов необходимы генераторы, где в качестве ключевых элементов применяются мощные наносекунд-ные коммутаторы электромагнитной энергии, к которым предъявляются высокие требования по скорости коммутации и временной синхронизации.

Необходимость получения коротких фронтов с хорошей временной стабильностью является актуальной задачей и в мировых ускорительных лабораториях: ускорительном комплексе Ф-фабрика БАФИЕ (Италия), комплексе СБЯ в Китае, В-фабрики КЕК (Япония). Используются различные схемы впуска-выпуска, направленные на повышение эффективности инжекции и перепусков частиц.

Большой опыт работы с высоковольтными, наносекундньми коммутаторами накоплен в ИЯФ СО РАН (ВЭПП-3,4, ВЭПП-2000), а так же на специализированных комплексах СИ «Сибирь» (Курчатовский РНЦ) и «ТНК» (Зеленоград). На этих установках в системах впуска-выпуска, для получения минимальных длительностей фронтов импульсов применяются газонаполненные искровые разрядники, которые позволяют иметь времена нарастания импульсов порядка нескольких наносекунд при достаточно большом ресурсе работы. Генераторы на основе таких коммутаторов и питаемые ими кикеры работают в круглосуточном режиме с кратковременными остановками для проведения профилактических работ.

В начале XI века в России были созданы газоразрядные приборы нового поколения - псевдоискровые коммутаторы (тиратроны с холодным катодом), работающие на основе разряда типа дугового или сверхплотного тлеющего и предназначенные для коммутации токов среднего диапазона с узлом поджига на основе дополнительного тлеющего разряда. Использование таких приборов в системах впуска-выпуска заряженных частиц в ускорителях позволяет повысить эффективность перепусков, а так же существенно расширить диапазон перестройки по энергии. Исходя из этого, актуальным стало применение таких коммутаторов при модернизации системы впуска-выпуска для комплекса лазера на свободных электронах в университете Duke (США). В настоящее время комплекс FEL с новой системой впуска-выпуска функционирует согласно научной программе.

Для выполнения проекта магнитных кикеров и генераторов для специализированного источника СИ «Nanohana» (Япония), были разработаны прототипы магнитных кикеров со встроенными отрезками керамической вакуумной камеры и металлическим напылением внутренней поверхности. Эта работа получила в настоящее время новое развитие при разработке системы впуска-выпуска для ионно-протонньгх медицинских установок, а так же при создании комплекса «С-Т-Фабрика».

Цель работы

• Основываясь на опыте ИЯФ в разработке высоковольтных наносекундных генераторов на газонаполненных искровых разрядниках разработать и создать системы впуска-выпуска для специализированных комплексов СИ «Сибирь» (Москва, РНЦ «Курчатовский институт») и «ТНК» (НИИФП им. Лукина, Зеленоград).

• Создание новой системы впуска-выпуска для лазера на свободных электронах в университете Duke .

• Разработка проекта системы быстрых магнитных кикеров и генераторов для специализированного комплекса СИ «Nanohana» (Япония).

Научная новизна

• Были разработаны и созданы высоковольтные наносекундные генераторы на трехэлектродных газонаполненных искровых разрядниках с неподвижными электродами. Впервые схема формирования импульсов в генераторе создана на основе двойной коаксиальной формирующей линии с рабочим напряжением до 60 кВ. Электроды формирующей линии выполнены в виде отрезков нержавеющих труб, внутренняя полость которых заполняется азотом под рабочим давлением до 20 МПа. Были разработаны и созданы искровые разрядники с плоскими неподвижными электродами различных модификаций, имеющие рабочий ресурс до нескольких десятков миллионов импульсов.

• Создан высоковольтный тиратронный генератор с рабочим напряжением до 25 кВ на ферритовых линиях, в которых происходит обострение исходного фронта импульса до единиц наносекунд за счет действия ударной волны в феррите.

• Созданы наносекундные генераторы, где в качестве коммутаторов впервые в системе выпуска-выпуска ускорителя были применены псевдоискровые безнакальные тиратроны, в которых создается стационарный сверхплотный тлеющий разряд.

• Был создан проект наносекундных магнитных кикеров и керамических вакуумных камер с металлизированной внутренней поверхностью специальной формы. Смоделированы различные схемы питания кикеров от высоковольтных тиратронных генераторов.

Практическая значимость работы

• Введены в действие система впуска-выпуска заряженных частиц комплекса СИ «Сибирь» и система впуска-выпуска для Малого накопителя «ТНК». На экспериментальных станциях СИ комплекса «Сибирь» в настоящее время проводятся эксперименты с пучком, согласно научной программе. На комплексе «ТНК» в декабре 2002 года запущен линейный ускоритель с энергией 55 МэВ, а в декабре 2007 года получен циркулирующий пучок с энергией 450 Мэв в Малом накопителе. А в апреле 2008 года пучок электронов был выпущен в электронно-оптический канал Большого накопителя.

• На комплексе ВЭПП-2000 улучшена эффективность выпуска частиц из синхротрона Б-ЗМ в основной накопитель за счет использования в системе впуска-выпуска тиратронного генератора с обостряющими ферритовыми линиями.

• Создание новой системы кикеров и генераторов для комплекса FEL в университете Duke привело к повышению эффективности перепусков частиц и реализации побанчевого выпуска из бустера-синхротрона в основное накопительное кольцо с пятикратной перестройкой по энергии. В настоящее время комплекс FEL работает согласно научной программе.

• Разработка проекта магнитных кикеров для комплекса СИ «Nanohana» послужила отправной точкой для создания в ИЯФ магнитных кикеров со встроенной керамической вакуумной камерой, что является в настоящее время актуальным для соблюдения «гладкости» вакуумных камер накопителей и получения максимальных токов. Результаты этого проекта используются в настоящее время для создания системы впуска-выпуска на ферритовых кикерах при разработке ионно-протонного ускорительного комплекса для терапии раковых заболеваний, а так же комплекса С-Т Фабрики.

Автор выносит на защиту следующие результаты проделанной работы:

1. Разработаны и созданы биполярные наносекундные генераторы на двойных коаксиальных формирующих линиях с газонаполненными искровыми разрядниками и напряжением до 60 кВ, где в качестве рабочего вещества использован азот. В генераторах введен общий для обеих полярностей тиратронный блок поджига и один импульсный источник питания.

2. Разработаны трехэлектродные газонаполненные искровые разрядники разных модификаций с неподвижными электродами без применения электропривода.

3. Созданы т-образные аттенюаторы на максимальное рабочее напряжение до 60 кВ и коэффициентами деления 1.5 ^ 8 для получения в нагрузках генераторов заданных амплитуд рабочих импульсов. При этом разрядники выводятся на режимы с напряжением выше 40 кВ, где сохраняется высокая временная стабильность их работы.

4. Разработана и создана новая система впуска-выпуска для комплекса FEL университета Duke (США), в которой в качестве ключевых элементов наносекундных генераторов впервые использованы псевдоискровые коммутаторы (тиратроны с «холодным» катодом) со сверхплотным тлеющим разрядом.

5. Для комплекса ВЭПП-2000 был создан и введен в эксплуатацию высоковольтный тиратронный генератор с обострением фронта на коаксиальных ферритовых линиях, который позволил увеличить эффективность перепуска из синхротрона БЗМ в основной электронно-позитронный коллайдер ВЭПП-2000.

6. Создан проект быстрых ферритовых кикеров и генераторов для комплекса СИ «Nanohana» (Япония) со встроенной керамической вакуумной камерой с металлизированным напылением.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссерта-щюнной работы докладывались на семинаре в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (Новосибирск, РФ), на Российских и Международных научных конференциях: XVI (July 10-14, 2006, Novosibirsk) International Synchrotron Radiation Conference, Particle Accelerator Conference (1993, 2001, 2003, 2007 гг.), XVII Совещание по ускорителям заряженных частиц, ГНЦ РФ, Институт физики высоких энергий, Протвино, 17-20 октября 2000 г, XX Intern. Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, Tours, France, July 1-5, 2002 и др., а также содержатся в статьях в 4-х реферируемых научных журналах. Основные результаты работы представлены в 12 публикациях.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из (54) наименований, изложена на (163) страницах машинописного текста, содержит (114) рисунков и (1 В) таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность получения крутых импульсных перепадов при управлении пучками в ускорителях. Рассмотрен мировой опыт по реализации впуска-выпуска в ведущих ускорительных лабораториях: Dafne (Италия), КЕК (Япония), CSR (Китай), ILC. Показаны различные варианты конструкций кикеров и режимов их питания.

В первой главе диссертации подробно рассмотрены основные типы высоковольтных наносекундных коммутаторов электромагнитной энергии, использующиеся в генераторах для питания устройств впуска-выпуска заряженных частиц в ускорителях, анализируются особенности их запуска, оцениваются их достоинства и недостатки применительно к получению максимальных скоростей коммутации и временной стабильности.

Во второй главе подробно рассматриваются системы впуска-выпуска для специализированных комплексов СИ «Сибирь» (Курчатовский РНЦ) и «ТНК» (Зеленоград): обосновываются выбор типа формирующих линий, разрядников, а так же других устройств передачи импульсов. Приводятся результаты испытаний разрядников за определенный промежуток времени на предмет временной стабильности и рабочего ресурса. Параметры генераторов приведены в Таблице 1, а фотографии одного из разрядников с плоскими электродами на рис. 1.

Таблица 1

Наименование параметров Г-01 Пушка ЛУ Г-08 п/инфл МН Г-02 инфл МН Г-03 дефл МН Г-04 п/инфл БН Г-05 Инфл БН

Энергия, МэВ 60 60-100 60-100 450 450 450

Диапазон амплитуд, кВ 40-45 6-10 6-12 40-60 40-60 40-60

Диапазон длительностей, не 20 20 20 20 15-25 15-25

Джиттер, не 2-3 1-2 1-2 1-2 1-2 1-2

Фронт, НС 4-5 2-3 2-3 2-3 2-3 2-3

Для соответствия техническим требованиям наносекундные генераторы имеют следующие общие свойства:

■ Выходы генераторов имеют разнополярные импульсы,

■ Применяются двойные формирующие линии, что значительно снижает требования к изоляции высоковольтного трансформатора, формирующих линий, разрядников и других элементов,

■ Один источник питания через один высоковольтный трансформатор питает две формирующие линии, создающие импульсы обеих полярностей,

■ Разрядники выполнены с неподвижными электродами,

" Во всех необходимых местах используется газовая изоляция вместо масляной, что резко упрощает эксплуатацию и удешевляет производство генераторов.

Рис. 1. Фотографии разрядника отрицательных импульсов.

Далее рассматривается методика оперативной настройки разрядников, анализируются особенности их запуска. На рис. 2 показаны импульсы с нагрузок одного из инфлекторов комплекса «ТНК» при оптимальной настройке рабочего режима.

при оптимальной настройке.

На рис. 3 показана экспериментальная рабочая область разрядника отрицательных импульсов с цилиндрическими электродами с оптимальными рабочими зазорами 1.2 мм и 0,6 мм в широком диапазоне перестройки по зарядному напряжению от (35 - 63) кВ при изменении давления от (1.0 - 1.6) МПа. Из диаграммы видно, что с данной величиной зазоров разрядник может работать во всем диапазоне зарядных напряжений при подстройке давления. При одном фиксированном давлении достигается возможность оперативного изменения амплитуды выходных импульсов генератора на ±30% от их номинального значения. При этом сохраняется стабильность со среднеквадратичным отклонением менее 1 не при количестве самопробоев менее 1 %.

s 50

45

40

сг - среднеквадратичное значение нестабильности запуска (дж1тттер) N - число самопробоев

1.3 р. МПа

Рис. 3. Экспериментальная диаграмма перестройки разрядника.

На рис. 4 показаны результаты исследований джиттера разрядника инфлектора большого накопителя в течении рабочей смены.

1 1 1 _j

.к 1 тт 1,1

1 1 г J

0 2 4 6 8

Время, ч

Рис. 4. Среднеквадратичное отклонение временного джиттера разрядника генератора инфлектора Большого накопителя.

Третья глава описывает разработку и создание новой системы быстрых кикеров и генераторов для лазера на свободных электронах (FEL) в университете Duke (США). Обосновывается выбор высоковольтных наносекундных коммутаторов для питания кикеров. В рамках данного проекта для увели-

чения тока в основном накопительном кольце РЕЬ созданы наносекундные генераторы и кикеры как для бустера-синхротрона, так и для основного накопительного кольца. Была реализована инжекция из линейного ускорителя в бустер-синхротрон и побанчевый выпуск из синхротрона с пятикратной перестройкой по энергии (200 - 1.2 ГэВ) с применением современных псевдоискровых коммутаторов российского производства. Проведена оптимизация геометрии пластин кикеров бустера и основного накопительного кольца для уменьшения импеданса камеры в местах их расположения. На рис. 5 показана геометрия пластин одного из трех кикеров основного кольца.

Рис. 5. Геометрия пластин одного из кикеров основного накопительного кольца FEL.

Далее рассматриваются особенности кикерных генераторов системы впуска-выпуска, приводятся результаты их работы за 2000 часов. На рис. 6 показаны импульсы с нагрузок пластин кикеров бустера.

Рис. 6. Импульсы с нагрузок генераторов бустера: слева - импульс с инжекционного кикера, справа - кикер выпуска.

На рис. 7 показаны осциллограммы импульсов в приведенном масштабе на нагрузках кикеров инжекции и экстракции при перестройке по зарядному напряжению на формирующих линиях: Инжекция - 2 до 12 кВ с шагом 1 кВ, экстракция — от 5 до 25 кВ с шагом 2.5 кВ. Видно, что при перестройке по напряжению в широком диапазоне форма импульсов вполне приемлема.

Рис. 7. Изменение формы импульсов при перестройке по напряжению.

Выбор коммутаторов типа ТПИ обеспечивает заданные требования к генераторам, а именно:

♦ джиттер - менее 1 не ( реально менее 200 пс);

♦ время нарастания и спада импульсов 4 - 5 не;

♦ неравномерность «полочки» для импульса инжекции в бустер-синхротрон (100 не) - не более 5%;

♦ имеется возможность пятикратной перестройки по выходному напряжению при сохранении формы импульсов.

Кроме этого:

♦ значительно упрощена конструкция за счет использования одного коммутатора с большим рабочим током (до 10 кА) для питания обеих пластин кикера;

♦ конструкция генераторов компактна и технологична при изготовлении и сборке.

Генераторы эксплуатировались в лаборатории FEL с 2005 года. С начала регулярной работы системы наработано не менее 2000 часов. За это время основные проблемы были с надежностью работы драйверов, которые к настоящему времени практически устранены. После 2000 часов стал наблюдаться рост падения напряжения в тиратроне на электроде предионизации от протекающего постоянного тока. Для снижения этой тенденции, вместо по-

стоянной, вводится «квазипостоянная» предионизация, с подачей слаботочного импульса поджига, предшествующего запуску тиратрона не более чем на 1 мс.

В четвертой главе детально рассмотрен проект быстрых магнитных кикеров и генераторов для специализированного комплекса СИ «ИапоИапа» (Япония). В рамках этого проекта были проведены исследования и разработка системы быстрых ферритовых кикеров со встроенной керамической вакуумной камерой и наносекундных генераторов для однооборотной инжекции электронного пучка из линейного ускорителя в бустер-синхротрон (БС), а так же выпуска и инжекции пучка в основное накопительное кольцо (ОНК). Такие кикеры позволяют соблюсти гладкость вакуумных камер ускорителей и малые импедансы связи с пучком. На рис. 8 показаны конструктивные особенности кикера инжекции бустера.

Рис. 8. Поперечное сечение кикера инжекции БС: 1 - ферритовые пластины, 2 - токопроводящие медные шины, 3 - диэлектрические пластины, 4 -керамическая вакуумная камера, 5 - несущие торцевые стенки, 6 -внутреннее металлизированное покрытие (И), 7 - высокочастотное контактное соединение, 8 - область заполнения для БРб.

В кикере инжекции бустера за счет вставки керамических пластин с е = 2000 был реализован режим бегущей волны на согласованную нагрузку 25 Ом, что минимизирует хвосты после основного импульса.

В режиме выпуска электронов из бустера отсутствуют требования к импульсным хвостам, поэтому для кикера выпуска обмотка короткозамкнута. За счет этого ток в кикере и соответственно рабочее поле удваиваются. Аналогичную короткозамкнутую конструкцию имеют кикеры основного накопительного кольца, с разницей лишь в том, что для получения требуемого тока 2.6 кА шины кикера запитаны от генератора с малым выходным сопротивлением - 8.3 Ом. Поэтому на кикер подключаются параллельно шесть кабелей с волновым сопротивлением 50 Ом (рис. 9).

Рис. 9. Поперечное сечение кикерного магнита основного кольца с подключением транспортных генераторных кабелей: 9 - медный фланец, 10 -короткозамкнутая перемычка, 11 - входные кабельные контакты.

Для устранения хвостов генератор для кикера основного кольца выполнен по схеме с внутренней согласующей нагрузкой. В качестве быстрого коммутатора использован тиратрон ТГИ-1-1000/25. Для обеспечения проводимости тиратрона на время прохождения отражений от короткозамкнутого конца кикера сделана вспомогательная «греющая» кабельная линия, включенная в параллель с основной формирующей линией. На рис. 10 показана осциллограмма с внутренней согласующей нагрузки. Все питающие генераторы для кикеров - тиратронные. Формирующие линии генераторов бустера - двухступенчатые на сосредоточенных параметрах. Для генератора основного кольца были разработаны кабельные формирующие линии на радиочастотном кабеле РК-50-9-12. Для обеспечения электрической прочности кабели генераторов заполняются элегазом (БЕб) под давлением до 0,5 МПа. Кикеры также имеют герметичную конструкцию

Рис. 10. Импульсы с внутренней согласующей нагрузки прототипа одного из генераторов основного кольца.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной

работы, выносимые на защиту.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A. Kadnikov, Kurchatov Institute; 123182 Moscow, Russia, V. Deviatilov, V. Korchuganov, Yu. Matveev and D. Shvedov, Budker Institute of Nuclear Physics, High voltage nanosecond generators for SIBERIA-2, IEEE, 1996, Vol.2, p.1266-1268, WAA18, Bulletin of the American Physical Society -1995, №3, Vol.40, p.l 114.

2. O.B. Анчугов, Ю.Г. Матвеев, Д.А.Шведов, Институт Ядерной Физики СО РАН им. Г.И. Будкера, 630090, Новосибирск, Россия; В.Д. Бочков, Д.В. Бочков, В.М. Дягилев, В.Г. Ушич, ООО «Импульсные технологии», 390023 Рязань, Россия; С. Ф. Михайлов, В.Г. Попов, FEL Laboratory, Duke University, Durham, NC, USA, Результаты испытаний наносекундных генераторов на основе псевдоискровых коммутаторов типа "ТПИ" для комплекса FEL Университета Duke, США. Прикладная физика Т. 1, 2010 год.

3. О.В. Анчугов, В.Е Блинов, А.В Богомягков, А.Н, Журавлев С.Е Карнаев, Г.В Карпов, В.А Киселев, Г.Я Куркин, Е.Б Левичев, О.И Мешков, С.И Мишнев, Н.Ю Мучной, С.А Никитин, И.Б Николаев, В.В Петров, П.А Пхшинов, Е.А Симонов, С.В Синяткин, В.В. Смалюк, А.Н Скринский, Ю.А Тихонов, Г.М Тумайкин, А.Г Шамов, Д.Н Шатилов, Д.А Шведов, Е.И. Шубин. Эксперименты по физике пучков заряженных частиц на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М // ЖЭТФ т. 136, вып. 4 (2009) 690-702.

4. О.В. Анчугов, В.Е. Блинов, A.B. Богомягков, A.A. Волков, А.Н. Журавлев, С.Е. Карнаев, В.А. Киселев, Е.Б. Левичев, О.И.Мешков, С.И. Мишнев, И.И. Морозов, Н.Ю.Мучной, С.А. Никитин, И.Б. Николаев, В.В. Петров, П.А. Пиминов, Е.А.Силюнов, C.B. Синяткин, А.Н. Скринский, В.В. Смалюк, Ю.А.Тихонов, Г.М. Тумайкин, В.М. Цуканов, А.Г, Шамов, Д.Н. Шатилов, Д.А. Шведов. Применение методов ускорительной физики в экспериментах по прецизионному измерению масс частиц на комплексе ВЭПП-4 с детектором Кедр. Приборы и техника эксперимента, 2010, № 1.

5. Ю.Г. Матвеев, Д.А. Шведов. Коаксиальные линии с ферритовым заполнением для обострения фронтов импульсов высоковольтных наносекундных генераторов. ПТЭ, №6,2009 г., стр. 39-44.

6. K.N. Chernov, A.D. Chernyakin, S.A. Krutikhin, G. Ya. Kurkin, A.S. Medvedko, G.N. Ostreiko, V.M. Petrov, A.V. Philipchenko, I.K. Sedlyarov, G.V. Serdobintsev, S.V. Sinyatkin, A.G. Steshov, S.V. Tararyshkin, V.F. Veremeeenko, V.A. Ushakov. D.A. Shvedov, V.D. Yudin, Budker INP, Novosi-

birsk, Russia; A.G. Valentinov, V.N. Korchuganov, Yu. V. Krylov, K.N. Kusnetsov, D.G. Odintsov, Yu.L. Yupinov, "Kurchatov Institute", Moscow, Russia; N.N. Grachev, V.P. Khramtsov, N. V Spinko, Federal State Institution "Lukin Research Institute of Physical Problems" Status of "Zelenograd" storage ring. XX International Workshop on Charged Particle Accelerators September 9-15,2007, Problems of Atomic Sci. and Techn., Ser.: Nucl. Phys. Inv, 2008, №5, p.3-5.

7. M. Busch, S. Mikhailov, M. Emamian, J. Faircloth, S. Hartman, J. Li, V. Popov, G. Swift, V. Vylet, P. Wallace, P. Wang, Y. Wu, FEL Laboratory, Duke University, Durham, NC 27708, USA N. Gavrilov, G. Kurkin, Yu. Matveev, D. Shvedov, O. Anchugov, N. Vinokurov, Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, Russia. Status of the booster injector for the DUKE FEL Storage Ring, Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference, Knoxville, Tennessee, p.3544-3546.

8. O.V Anchugov, Yu.G Matveev, D.A Shvedov, V.D Bochkov, D.V Bochkov, V.MDyagilev, V.G Ushich, S.FMikhailov, V.G Popov. Pulse generators with nanosecond leading edge duration based on tpi-type pseudospark switches for FEL complex.Proceeding of the 16th IEEE, Volume 2, Albuquerque, New Mexiko, 17-22 June 2007, Page(s): 1335-1338, Digital Object Identifier 10.1109/PPPS.2007.4652434; Труды 20го Международного семинара по ускорителям в Алуште, 2007 год; Вопросы атомной науки и техники, серия: Ядерно-физические исследования, 2008 год, №5, с.60-63.

9. О.В. Анчугов, Ю.Г. Матвеев, Д.А. Шведов, В.Д. Бочков, Д.В. Бочков, В.М. Дягилев, В.Г. Ушич, ООО «Импульсные технологии», С.Ф. Михайлов, В.Г. Попов. Результаты испытаний наносекундных генераторов на основе псевдоискровых коммутаторов типа "ТПИ" для комплекса FEL Университета Duke, США. «Прикладная физика». №1, 2010.

10. O.V. Anchugov, Yu.G Matveev., D.A Shvedov, System of high-voltage nanosecond generators for injection-extraction kickers for FEL complex of the Duke University Proceedings of RuPAC 2006, Novosibirsk, Russia, p.292-294.

11. S.F. Mikhailov, M.D. Busch, M. Emamian, S.M. Hartman, Y. Kim, J. Li, V.G. Popov, G. Swift, P.W. Wallace, P. Wang, Y.K. Wu, N.G. Gavrilov, G. Ya. Kurkin, Yu. Matveev, О. V. Anchugov, D.A. Shvedov, N.A. Vinokurov, Commissioning of the booster injector synchrotron for the highs facility at Duke University, Proceedings of PAC07 Albuquerque, New Mexico, USA, p.1209-1211.

12. B.H. Корчуганов, Ю.Г. Матвеев, Д.А. Шведов, Высоковольтные наносекундные генераторы для питания кикеров ускорителей заряженных частиц, XVII Совещание по ускорителям заряженных частиц, ГНЦ РФ, Институт физики высоких энергий, Протвино, 17-20 октября 2000г., Т.2, с. 19-23.

ШВЕДОВ Дмитрий Александрович

Быстрые системы впуска-выпуска для ускорителей заряженных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сдано в набор .17.11. 2009 г. Подписано в печать 17.11.2009 г. Формат 60x90 1/16 Объем 0.8 печ.л.,0.7 уч.-изд.л.

_Тираж 100 экз. Бесплатно. Заказ № 33_

Обработано на РС и отпечатано на ротапринте «ИЯФ им. Г.И. Будкера» СО РАН, Новосибирск, 630090, пр. Академика Лаврентьева, 11

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Газонаполненные искровые разрядники.

1.2. Импульсные водородные тиратроны с накаливаемым катодом.

1.3. Псевдоискровые коммутаторы.

ГЛАВА 2. СИСТЕМА ВПУСКА-ВЫПУСКА ИСТОЧНИКОВ СИ «СИБИРЬ» И «ТНК».

2.1. Инжекция в Малый накопитель.

2.2. Выпуск из Малого накопителя и инжекция в Большой накопитель.

2.3. Параметры высоковольтных наносекундных генераторов системы впуска-выпуска.

2.4. Особенности конструкции и режимов работы разрядников.

2.6. Схема формирования высоковольтных наносекундных импульсов.

2.7. Методика оперативной настройки разрядников.

2.8. Устройства передачи высоковольтных наносекундных импульсов к нагрузкам.

2.9. Тиратронные генераторы вертикальной и горизонтальной «раскачки» пучка.

2.10. Эксплуатационные результаты работы системы впуска-выпуска комплекса «Сибирь».

ГЛАВА 3. СИСТЕМА ВПУСКА-ВЫПУСКА ЧАСТИЦ ДЛЯ КОМПЛЕКСА

FEL УНИВЕРСИТЕТА DUKE (США).

3.1. Технические требования к системе впуска-выпуска.

3.2. Конструктивные особенности кикеров.

3.2.1. Кикеры бустера-синхротрона.

3.2.2. Кикеры инжекции основного кольца.

3.3. Наносекундные генераторы для кикеров.

3.3.1. Выбор типа коммутирующих устройств.

3.3.2. Испытания псевдоискровых коммутаторов серии ТПИ.

3.3.3. Устройство генераторов и результаты их испытаний на комплексе

3.3.4 Согласующие нагрузки на основе безиндуктивных объемных резисторов.

ГЛАВА 4. ПРОЕКТ СИСТЕМЫ БЫСТРЫХ ФЕРРИТОВЫХ КИКЕРОВ ДЛЯ ИСТОЧНИКА СИ «NANOHANA».

4.1. Конструкция кикеров бустер-синхротрона.

4.2. Магнитные кикеры основного накопительного кольца.

4.3. Моделирование основных режимов работы генераторов.

4.4. Принципиальное устройство генераторов.

Для реализации впуска и выпуска пучков заряженных частиц в циклических ускорителях часто используется каскадная схема с однооборотной инжекцией частиц из ускорителя-инжектора в промежуточное накопительное кольцо (или синхротрон-бустер) и с однооборотным выпуском и инжекцией в основное накопительное кольцо [1, 2, 3, 4]. Такая схема имеет определенные преимущества:

• Пучок, выпущенный из ускорителя - синхротрона имеет малый разброс 3 по энергиям и малый фазовый объем 3x10"" -3x10" см рад по вертикали и горизонтали (х и у), соответственно, при этом в накопитель может быть захвачена большая часть частиц, ускоренных в синхротроне.

• Однооборотная инжекция обеспечивает малые искажения фазового пространства перепускаемого пучка.

• Малые потери при выпуске и инжекции облегчают эксплуатацию установки из-за снижения уровня радиации.

Задачи однооборотного впуска/выпуска выполняются с помощью специальных наносекундных устройств, входящих в состав систем «впуска-выпуска» заряженных частиц.

Для циклических ускорителей с периметром порядка 100 м повышаются требования к времени установления удара по пучку с помощью импульсного отклоняющего устройства - кикера. Для получения высокой эффективности перепуска время установления удара в кикере, определяемое длительностью фронта электрического импульса, размерами и свойствами отклоняющего устройства, должно быть минимальным. В современных ускорителях и накопителях, в большинстве случаев применяется- высокая кратность ускоряющего высокочастотного напряжения (180, 300 и 500 МГц) и работа с большим числом сгустков. Такие режимы в основном используются на комплексах СИ для получения максимальных электронных токов, а так же в экспериментах со встречными пучками для повышения светимости [8, 9]. При этом актуальным является заполнение сгустками частиц всей орбиты ускорителя. Вместе с этим существуют задачи, где необходимо управлять отдельными сгустками, не возмущая соседние. Поэтому необходимо иметь наносекундные импульсы с формой, близкой к прямоугольной и длительностью от единиц до нескольких сотен наносекунд при скорости переходных процессов не более единиц наносекунд. В этих задачах используются кикеры в виде полосковых линий расположенных внутри вакуумной камеры ускорителя. Такие кикеры, обычно, работают в режиме бегущей волны, когда воздействующее на пучок поле включает и электрическую, и магнитную компоненты (Е и Н). Пластины кикеров при этом согласованы с питающими генераторами с помощью оконечных согласующих нагрузок, равных волновому сопротивлению подводящих кабельных линий. Достоинство таких режимов в том, что в два раза снижается нагрузка по напряжению питающих наносекундных генераторов, в отличии, например от чисто электростатического режима. Так же при внутреннем расположении пластин уменьшается рабочая апертура кикера. А использование режима парафазного питания пластин еще вдвое снижает напряжение питающих генераторов. Еще одно достоинство режима бегущей волны состоит в том, что отсутствуют отражения и «хвосты» от действующих импульсов, что позволяет минимизировать остаточные колебания пучка и не возмущать соседние сгустки.

В настоящее время комплексы встречных пучков и источников СИ стали во много раз превышать по своим размерам ранние ускорительные установки. С переходом к сверхпроводящим магнитам повышается основное магнитное поле, установки сооружаются на все большие энергии частиц. При этом актуальной задачей становится соблюдение «гладкости» вакуумных камер накопителей, что требует создание «магнитных кикеров» с внешним расположением токовых шин относительно встроенной керамической вакуумной камеры с металлизированной внутренней поверхностью. При этом по-прежнему требуется заполнение максимального числа сепаратрисе и минимальные потери при последовательных перепусках частиц. Характерные углы отклонения, которые должны создавать такие устройства >15 мрад, а рабочее поле до 1 кГс. Поэтому, несмотря на то, что в современных машинах периоды обращения частиц измеряются уже сотнями и тысячами наносекунд, кикеры и питающие их генераторы по-прежнему должны обеспечивать наносекундное быстродействие и иметь минимальную нестабильность по времени каждого действующего импульса. Для получения импульсов необходимы генераторы, где в качестве ключевых элементов применяются мощные наносекундные коммутаторы электромагнитной энергии, к которым предъявляются высокие требования по скорости коммутации и временной синхронизации.

Сложность получения коротких фронтов с хорошей временной стабильностью является актуальной задачей и в мировых ускорительных лабораториях. Используются различные схемы впуска-выпуска, направленные на повышение эффективности инжекции и перепусков частиц. Например, на

Рис.1. Устройство магнитного кикера Ф-фабрики DAONE. комплексе Ф-фабрики DAONE (Италия) использовалась однооборотная побанчевая инжекция и экстракция частиц с помощью четырех симметричных кикеров (рис.1), у которых пластины представляют собой токовый контур из металлических прутков квадратного сечения, расположенных внутри вакуумного объема [12]. Применение параллельного питания пластин позволило вдвое уменьшить собственную индуктивность кикера для импульса тока с питающего генератора и соответственно уменьшить напряжение на кикере. Генератор, питающий кикер, выполнен на основе тиратронного коммутатора фирмы E2V (бывшая EEV) со скоростью коммутации 120 кА/с и напряжением 35 кВ. Он обеспечивает время нарастания рабочего тока на кикере не менее ~90 не при собственной индуктивности кикера ~ 700 нГн. Форма импульса - колоколообразная (рис. 2)

В описанном варианте, даже при параллельном питании двух токовых контуров и уменьшении индуктивности времена нарастания импульсов не позволяли минимизировать потери при инжекции. К тому же конструкция пластин имеет достаточно большой импеданс связи, а также ощутимую м so.от chi х яe'mtf

Рис.2 Форма импульса тока на кикере инжекции неоднородность магнитного поля. Поэтому в данный момент ведутся работы по модернизации системы впуска-выпуска комплекса DAONE: применяются твердотельные полупроводниковых коммутаторы, а также изменяются конструктивных параметры кикеров в направлении уменьшения импеданса пластин по отношению к пучку (рис.3). Пластины кикеров в новом проекте представляют собой полосковые линии, разделенные на несколько секций. Форма пластин имеет плавные переходы [13]. vacuum chamber 1 feedthrough

Vacuum chamber

Strip t—г— X . i— ^^-1a) — (b)

Рис.3. Геометрия полосковых линий кикеров.

Для комплекса CSR (Китай) была разработана новая система инжекции с помощью магнитного кикера, в котором ферритовый сердечник и токовые шины располагаются внутри вакуумного объема [14]. Разработчики утверждают, что такой выбор определился адгезией выбранного типа феррита. При этом получился выигрыш в размере рабочей апертуры кикера и соответственно его собственной индуктивности. Это позволило получить сравнительно меньшее время нарастания и хорошую равномерность вершины импульсов на пластинах. Размер рабочей апертуры (по ферриту) Ах*Ау = (235 х 80) мм. Величины фронтов и срезов импульсов на кикерах ~ 150-200 не при длительности плоской части 650 не. Но при этом все элементы системы впуска-выпуска (кикеры, генераторы, высоковольтные вводы, питающие кабели) имеют внушительные геометрические размеры и требуют большого количества свободного места для установки их на комплексе. Так формирующие линии генератора представляют собой восемь штук деревянных кабельных барабанов диаметром более 1.5 м с намотанным на них кабелем (рис.4), а на каждый ввод кикера диаметром более 200 мм подключены четыре высоковольтных кабеля (рис.5).

Рис.4 Внешний вид кабельных формирующих линий генераторов комплекса CSR.

Рис. 5 Внешний вид выпускного кикера для CSR.

Для улучшения качества согласования кикера и исходного генератора, устранения влияния хвостов и отражений, которые приводят к раскачке пучка. в лаборатории В-фабрики КЕК (Япония) в 1998 году был разработан ферритовый кикер бегущей волны. В нем наряду с собственной индуктивностью создавалась искусственная емкость между внутренними и внешними (земляными) шинами, что позволило получить импеданс кикера равный выходному сопротивлению исходного импульсного генератора (рис. 6) [15]. Времена нарастания импульсов ~ 150 не. Для улучшения равномерности плоской вершины импульса была применена емкостная коррекция на выходе формирующей линии. направление тока

Внутренние шины

Коаксиальные кабели

Внешние (земляные шины) IF

Рис.6. Двойной распределенный кикер бегущей волны.

В настоящее время в лаборатории КЕК предложен проект кикера (для Международного Линейного Коллайдера (1LC)) в виде нескольких отрезков полосковых линий, расположенных внутри вакуумного объема для [16]. Многосгустковый пучок, с временем 5.6 не между сгустками в накопителе-охладителе (Damping Ring, DR), должен выпускаться в канал транспортировки с временным зазором 154 не (или 308 не). Время оборота в DR составляет 462 не. Как иллюстрирует рис.7, накопленные пучки в DR представляют собой три цуга с расстоянием между "головными" сгустками в цуге по 154 не. Один цуг состоит из 10 сгустков с интервалом 5.6 не (всего 30 банчей). Как видно из рисунка полосковые кикерные линии осуществляют посгустковый выпуск с концов каждого цуга с интервалом в 154 не или 148.4 не. s.ere 1С6.4ГВ *

Glrculale beams In DR

Bunch train In Extraction йпе

15ЧПв 1ИП8 140.4ГВ 164ГВ tMne m4ra 159ns 154ГВ 149.4ns tn -* w .Hi.—m,*» -в* Ш wti.M,.*m . ia e

30

Рис.7. Расположение электронных сгустков в DR ILC и выпускном канале.

Для решения такой задачи предполагается использовать кикеры в виде полосковых линий, которые будут работать как манипуляторы пучков, меняющие межбанчевые расстояния при входе и выходе из DR. доя

Tlme(nrsec.)

Рис.8. Выходной импульс с выхода генератора на FID-коммутаторе.

Кикер требует высокой частоты повторения 3 МГц (или 6 МГц), и очень быстрого время нарастания и спада поля (6 не и 3 не). Использование системы из нескольких кикерных отрезков полосковых линий - самый подходящий вариант для реализации необходимых параметров. Разработчики уже испытали один прототип кикера в виде полосковой линии (рис.8) при использовании высоковольтных твердотельных полупроводниковых коммутаторов на основе FID-технологии (Fast Ionization Device).

Большой опыт работы с высоковольтными, наносекундными генераторами накоплен в ИЯФ СО РАН (установки со встречными пучками ВЭПП-1, ВЭПП-2, ВЭПП-2м, ВЭПП-3, ВЭПП-4, ВЭПП-2000) [5, 6, 7, 17,18], а так же в источниках синхротронного излучения «Сибирь» и «ТНК» (Москва, Зеленоград) [10, 11]. Здесь для получения минимальных длительности фронта импульса, действующего на пучок, применяются газонаполненные искровые разрядники, которые позволяют иметь времена нарастания импульсов порядка нескольких наносекунд при достаточно большом ресурсе работы (до сотен миллионов импульсов), а также водородные тиратроны с накаливаемым катодом. Генераторы на основе таких коммутаторов и питаемые ими кикеры работают длительное время в круглосуточном режиме с кратковременными остановками для проведения профилактических работ.

Для источника СИ «Ыапо11апа»(Япония) в 1998 году был разработан проект системы впуска-выпуска, с которого впервые в ИЯФ началось развиваться направление создания магнитных кикеров со встроенной керамической вакуумной камерой, которые питаются от генераторов с тиратронными коммутаторами. Научное сотрудничество ИЯФ с университетом Duke (США) привело к разработке и созданию новой системы впуска-выпуска для лазера на свободных электронах FEL (США), где впервые для систем впуска-выпуска были применены псевдоискровые коммутаторы -безнакальные тиратроны с холодным катодом и сверхплотным тлеющим разрядом отечественного производства [22-25].

Основные результаты работы, которые, одновременно, являются положениями, выносимыми автором на защиту следующие: (1) Разработка и создание биполярных наносекундных генераторов на двойных коаксиальных формирующих линиях с трехэлектродными разрядниками на напряжения до 60 кВ, где в качестве рабочего вещества использован азот. В генераторах введен общий для обеих полярностей блок поджига на водородном тиратроне ТГИ-1-1000/25 и один импульсный источник питания. Разработаны трехэлектродные газонаполненные разрядники разных модификаций с неподвижными электродами без применения электропривода. Вставки с высоковольтными аттенюаторами в наносекундных генераторах позволяют иметь на нагрузках амплитуды импульсов необходимой величины, при этом разрядники выводятся на рабочие режимы с напряжением более 40 кВ, где стабильность их работы намного выше. Применение высоковольтных коммутаторов позволило обеспечить режим непрерывной тренировки разрядников на эквивалентные нагрузки, что обеспечило их надежную временную стабильность срабатывания на пластины инфлекторов со среднеквадратичным значением джиттера не более 2 не, а также минимизировать количество самопробоев.

2) Разработка и создание высоковольтного тиратронного генератора с обострением фронта на коаксиальных ферритовых линиях для комплекса ВЭПП-2 на выпуске из синхротрона Б 3-М.

3). Создание новой системы впуска-выпуска для комплекса FEL Университета Dulce, в которой впервые было предложено использовать в качестве ключевых элементов наносекундных генераторов псевдоискровые коммутаторы (тиратроны с «холодным» катодом) и сверхплотным тлеющим разрядом, разработанные в России.

4). Разработка проекта быстрых ферритовых кикеров для комплекса СИ «Nanohana», который послужил отправной точкой для создания в ИЯФ магнитных кикеров со встроенной керамической вакуумной камерой, что является в настоящее время актуальным для соблюдения «гладкости» вакуумных камер накопителей. Результаты этого' проекта; активно используются в настоящий момент для; создания системы впуска-выпуска на ферритовых, кикерах в ионно-протонных ускорительных комплексах для терапии раковых заболеваний, а также для ускорительного комплекса «С-Т Фабрика».

В заключение автор выражает искреннюю благодарность своему руководителю и учителю 10.Г Матвееву, за его многолетний и плодотворный труд, внесший большой вклад в развитие направления наносекундной техники в ИЯФ и в ряде других научных центрах в России и- за рубежом. Автор выражает большую благодарность В.Н. Корчуганову, под руководством; которого в продолжении ряда лет были'созданы системы впуска-выпуска для; комплектов «Сибирь» и «ТНК» за, его научную компетентность в области; наносекундной техники, оригинальные идеи и полезные советы. Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю

Левичеву Е.Б за ценные замечания, полезные дискуссии и технические консультации на различных этапах написания текста диссертации.

Автор выражает большую признательность своему ближайшему коллеге О.В. Анчугову за его техническую эрудированность и большой переданный опыт в области высоковольтной импульсной техники. Автор выражает искреннюю признательность доктору технических наук В.Д. Бочкову и его коллегам, сотрудникам научного объединения «ООО Импульсные технологии» (Рязань) за тесное сотрудничество с ИЯФ в направлении повышения эффективности наносекундных генераторов для систем выпуска-выпуска заряженных частиц. Большую благодарность автор выражает Н.А. Винокурову, руководителю проекта по созданию бустера-синхротрона FEL в университете Дюка, ведущему конструктору Н.Г. Гаврилову, конструктору Шведовой Л.Ю за их интересные конструкторские решения и кропотливый труд, а так же сотрудникам лаборатории FEL С.Ф. Михайлову и В.Г.Попову за тесное сотрудничество и плодотворную работу. Автор также признателен сотрудникам ИЯФ СО РАН А.В. Филипченко, В.А. Ушакову, В.А. Киселеву, всем сотрудникам комплексов «Сибирь» и «ТНК» за совместную плодотворную работу по монтажу и запуску этих комплексов на протяжении ряда лет. Отдельно свою искреннюю признательность за организацию интересных научных проектов и живой интерес к наносекундной технике в ИЯФ автор выражает академику Г.Н. Кулипанову.

Заключение

В результате описанной работы были разработаны, созданы и введены в эксплуатацию на действующих ускорительно-накопительных комплексах быстрые системы впуска/выпуска, в т.ч. для источника синхротронного излучения «Сибирь» в РНЦ Курчатовский Институт, источника СИ «ТНК» (г.Зеленоград) и для ускорительного комплекса ЛСЭ в Университете Duke (США).

1. В.В. Анашин и др. Проект накопителя «Сибирь-СМ». Препринт ИЯФ 8896, 33 е., 1988 г., Новосибирск.

2. В.В. Анашин, А.В. Валентинов, В.Г. Вещеревич и др. ТНКспециализированный источник СИ для субмикронных технологий.

3. Труды 12-го совещания по ускорителям зараженных частиц, Москва, 3-5октября, 1990г., Дубна, ОИЯИ, 1992 г., Т.1, с.336-339.

4. А.А. Авдиенко, А.Ф. Булушев, Б.И. Гришанов, Ю.Г. Матвеев. Мощный300 кВ генератор импульсов. Препринт ИЯФ 85-75, 39 е., 1975 г.,1. Новосибирск.

5. А.В. Киселев. Генератор импульсов для выпуска и впуска электронов и позитронов установки ВЭПП-2, доклад на Всесоюзном совещании по ускорителям со встречными пучками и физике частиц сверхвысоких энергий, Новосибирск, 1963.

6. А.В. Киселев. Система выпуск-впуск комплекса встречных позитрон-электронных пучков Б-ЗМ ВЭПП-2, доклад на сессии Отделенияядерной физики АН СССР 1-7 июля 1964 года., отчет ИЯФ СО АН СССР, Новосибирск, 1964.

7. A. Kadnikov, V. Deviatilov, V. Korchuganov, Yu. Matveev and D. Shvedov, High Voltage Nanosecond Generators For Siberia-2. IEEE, 1996, Vol.2, p.1266-1268; WAA18Bulletin of the American Physical Society 1995, №3, Vol.40, p.1114.

8. A. Kadnilcov, Yu. Matveev. Experimental investigation of high voltage nanosecond generators of injection system for Siberia-2 storage ring. Proceedings of РАС 1993, p.1348-1350.

9. S. De Simone and A. Ghigo. DAONE machine project, INFN-LNF Contributions to the 3rd European Particle Accelerator Conference (EPAC 92) Technical University of Berlin, Germany, 24-28 March 1992, p.25-27.

10. S. Guiducci. Damping rings towards ultra-low emittances INFN-LNF, Frascati, Italy. Proceedings of EPAC 2006, Edinburgh, Scotland, p. 18571861.

11. D. Gao, Institute of Modern Physics. Report for Eol Meeting, Injection and extraction kiclcers. Institute of Modern Physics, CAS, GSI, April 7, 2008.

12. T. Kawakubo, E. Nakamura, S. Murasugi. Low beam-coupling impedance kicker magnet system generating a high magnetic field with a fast rise time. Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria, p. 2246-2248.

13. T. Naito, H. Hayano, K. Kubo, S. ICuroda, N. Terunuma, T. Okugi, J. Uralcawa, KEK, Tsukuba, Japan. Design of the beam extraction by using strip-line kicker at KEK-ATF, Proceedings of EPAC08, Genoa, Italy, p.601-603.

14. Б. И. Гришанов. Высоковольтные наносекундные устройства для инжекции и выпуска заряженных частиц в ускорителях и накопителях, дисс. к.т.н, ИЯФ им. Г.И. Будкера. Новосибирск, 1975 г.

15. А.В. Киселев. Однооборотный выпуск из синхротрона БЗ-М ИЯФ СО

16. РАН и инжекция в накопитель встречных электрон-позитронных пучков ВЭПП-2, дисс.к.ф.-м.н., Институт Ядерной физики им. Г.И. Будкера, г. Новосибирск, 1965 г.

17. В.Н. Корчуганов. Специализированный источник синхротронного излучения «Сибирь», дисс. к.т.н. ИЯФ им. Г.И. Будкера, Новосибирск, 1986 г.

18. O.V. Anchugov, Yu.G. Matveev, D.A. Shvedov. System of high-voltage nanosecond generators for injection-extraction kickers for FEL complex of the Duke University. Proceedings of RuPAC 2006, Novosibirsk, Russia, p.292-294.

19. В. Д. Бочков, Ю.Д. Королев. Импульсные газоразрядные коммутирующие приборы. Энциклопедия низкотемпературной плазмы под ред. В.Е. Фортова, Вводный том, кн.4, М., «Наука», 2000, с.446-459.

20. Ю.Ф. Токарев. Системы импульсного питания ускорителей и каналов транспортировки заряженных частиц, дисс. к.т.н, ИЯФ СО РАН, Новосибирск, 2001 г.

21. Т.Б. Фогельсон, JI.H. Бреусова, JI.H. Вагин. Импульсные водородные тиратроны, М., Советское радио, 1974.

22. V.D. Bochkov, V.M. Dyagilev, Yu.D. Korolev, and V.G. Ushich. High-power low-gas-pressure current switches, Instruments and Experimental Techniques, vol.41, No.5, pp.676-680, 1998.

23. V.D. Bochkov and M.M. Pogorel'sldi. Effect of the performance of insulating elements on the reliability of high-voltage vacuum devices, Instruments and Experimental Techniques, vol.41, No.2, pp.210-215, 1998.

24. V.D. Bochkov, V.M. Dyagilev, Yu.D. Korolev, V.G. Ushich. Russian pseudospark switches. Condition and prospects. Presented at 12th IEEE IPPC, U.S.A, 1999.

25. M. Gaudreau, J. Casey, T. Hawkey, J. Mulvaney, M. Kempkes. Solid-State Pulsed Power Systems. Diversified Technologies, Inc. Presented at the 1998

26. Twenty Third International Power Modulator Symposium, Rancho Mirage, CAJune 1998, p. 1-5.

27. Г.А. Месяц. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М., Советское радио, 1974г.

28. Л.А. Моругин, Г.В. Глебович. Наносекундная импульсная техника. 1964, М., Советское радио.

29. А.В. Киселев. Проволочное сопротивление. Авторское свидетельство № 176972, 1964 г.

30. Т.Б. Фогельсон, Л.Н. Бреусова, Л.Н. Вагин. Импульсные водородные тиратроны, 1974 г., М., Советское радио.

31. Б.И. Гришанов. Спиральные линии и их применение в генераторах высоковольтных наносекундных импульсов. Препринт ИЯФ 75-78, 1975 г., Новосибирск.

32. И.Г. Катаев. Ударные электромагнитные волны, Москва, «Советское радио", 1963, с.150.

33. Л.И. Юдин и др. Высоковольтные генераторы наносекундных импульсов. ПТЭ №3 1966 г., с. 101.

34. А.Н. Белянцев, Ю.К. Богатырев, Л.И. Соловьева. Стационарные ударные волны в линиях передачи с ненасыщенным ферритом. Известия вузов СССР. Радиофизика, 1963, т.6, №3, с. 561-566.

35. А.Н. Мешков. Генератор высоковольтных наносекундных импульсов. Приборы и техника эксперимента», 1965, №5.

36. Г.И. Гольденберг, И.Г. Катаев, П.П. Рожков. Линии с ферритом для получения резких перепадов наносекундной мощности. ПТЭ №3, 1968год.

37. Ю. Г. Матвеев, Д. А. Шведов. Коаксиальные линии с ферритовым заполнением для обострения фронтов импульсов высоковольтных наносекундных генераторов. ПТЭ, №9, 2009 г., стр. 39-44.

38. The Upgrade of the High Intensity Gamma-ray Source, Technical Design Report. Duke FEL Laboratory and the Triangle Universities Nuclear Laboratory, Duke University, Durham, NC, February 26, 2004.

39. V. Popov, S. Mikliailov, P. Wallace, O. Anchugov, Yu. Matveev, D. Shvedov. Cold cathode thyratron based high-voltage kicker system for the Duke accelerators: performance and improvements. Proceeding РАС 2009.

40. К. Frank, Е. Boggasch, J. Christiansen, A. Goertler, W. Hartmann and C. Kozlik: Pulse Power for Lasers, Proc. SPIE, Los Angeles, 1988, vol. 735, ed. Tommy R. Burkres p. 74.

41. K. Frank, J. Christiansen, W. Hartmann, O. Almen, A. Goertler, C. Kozlik and A. Tinschmann. Excimer Laser and Applications, Proc. SPIE, Los Angeles, 1989, vol. 1023, pp. 99-102.

42. V. Korchuganov, E. Levichev, N. Mezentsev, V. Sajaev, K. Takahashi,

43. K. Aizawa, S. Kamiya, Y. Oku, K. Ohwaki. The Nanohana 2 GeV Synchrotron light source. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 448 (2000), p. 27-31.

44. O.V. Anchugov, Yu.G. Matveev, D.A. Shvedov. System of high-voltage nanosecond generators for injection-extraction kickers for FEL complex of the Duke University, Proceedings of RUPAC 2006, Novosibirsk, Russia, p.292-294.