Исследование динамики пучка и разработка методов настройки сильноточных линейных ускорителей ионов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Остроумов Петр Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПУЧКА И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ НАСТРОЙКИ СИЛЬНОТОЧНЫХ ЛИНЕЙНЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ ИОНОВ

01.04.20 - Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва, 1992 г.

Работа" в'ипол пен а в Отделе ускорительного комплекса Института ядерных исследований РАН

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Ворогушин М.Ф.

доктор физико-математических наук Петренко B.D. доктор технических паук Тепляков В.А.

Ведущая организация: Московский радиотехнический Институт РАН

Защита состоится 1993 г. в ч

на заседании специализированного Совета Д 053.03.07 Московского инженерно-физического института по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, 31, тел. 324-84-98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Автореферат разослан

_ 19^3 г.

Просим принять участие в работе Совета илм прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Учений секретарь специализированного Совета

Н.М.Гаврилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и практическая значимость проблени. Диссертация косннщеиа теоретическому и экспериментальному исследованию динамики частиц, разработке методов настройки сильноточных линейных ускорителей ионов водорода на средние энергии.

Сильноточные линейные ускорители ионои водорода на средние энергии (до 1 ГэВ) являются уникальным инструментом о фундаментальных исследованиях по ядерной физике. Известны 2 ускорителя такого типа: действующий линейный ускоритель (ЛУ) Лос-Аламосской меэопной фабрики с энергией 800 МэВ и средним током до 1 мА II) и ЛУ Московской мезопной фабрики (ММФ) на энергию 600 МэВ и проектный средний ток до 500 мкА. который находится в стадии наладки. В настоящее время ускорители такого тина развиваются по двум направлениям:

1. Создаиие линейных ускорителей ионов Н в качестпе инжекторов в кольцевые ускорители. Средний ток примерно на порядок ниже среднего тока ускорителей мезониых фабрик.

2. Разработка .проектов новых высокоиптепсивных Линейных ускорителей на энергию 1 ГэП для электроядерного бридинга и переработки ядерных отходов. Проектируемый" средний ток таких установок достигает 10 мА, что на порядок превышает аналогичную величину в ЛУ мезониых фабрик.

Действующие и проектируемые линейные ускорители на средние энергии содержат три основные части: 1). Инжектор - высоковольтный ускоритель на энергию до 750 кэП или ускоритель с пространственпо-олпородной фокусировкой до энергии 21-2,5 МэВ. 2). Начальная часть ускорителя па энергию МОО МэВ, состоящий из резонаторов с трубками дрейфа. 3). Основная часть ускорителя представляет собой высоко-

эффективную ускоряющую структуру, работающую на частоте, кратной . частоте начальной части.

Различие частот ускоряющего ВЧ-поля между отдельными частями ускорителя приводит к уменьшению продольного аксептанса и изменению структуры периодической фокусировки. Лля избежания потерь частиц и .высокоэнергетической части ускорителя необходимо обеспечить согласованное движение частиц вдоль всего ускорителя и не допустить роста фазового объема пучка. Условие минимальных потерь (на уровне 10~4 для ЛУ мезониых фабрик) является одним из основных требований при проектировании и эксплуатации высокоинтеисивных ускорителей на средние энергии. Ясно, что для выполнения этого требования необходимо обеспечение высокого- качества фокусирующего и ускоряющего полей, исследование параметров пучка в ускорителе и разработка методов настройки ускорителя с пучком.

Сильноточный линейный ускоритель ММФ представляет собой уникальный инструмент для фундаментальных и прикладных исследований по ядерной физике средних энергий. Как известно, этот ускоритель сооружен по проекту Московского радиотехнического института в Институте ядерных исследований РАН. ЛУ. ММФ является первой установкой такого типа в Европе. Несмотря на достаточно высокий уровень проработки проектных решений, на этапе наладки ЛУ потребовались значительные теоретические и экспериментальные исследования в области электродинамики и динамики частиц, которые проводились по следующим трем направлениям: ,

- разработка методов настройки ускорителя с целью ооеспечения параметров ускоренного пучка в соответствии с требованиями проекта и физических экспериментов; 2

- модернизация систем линейного ускорителя с целью увеличения среднего тока до 1 мА;

- разработка физического обоснования новых ускорительно-накопительных установок на базе линейного ускорителя МИФ для фундаментальных и прикладных исследований в новых областях ядерной физики.

По первым двум направлениям можно выделить следующие основные проблемы, решение которых стало необходимым в процессе сооружения и наладки ЛУ МИФ:

1. Разработка теоретической базы, программно-вычислительных средств для решения задач оптимальной транспортировки и согласования пучков в условиях существенного влияния кулоновских эффектов;

2. Разработка экспериментальных процедур для иастройки сильноточных каналов инжекции;

3. Задача двукратного удлинения длительности макроимпульса пучка на участке инжекции в ускоритель в целях соответствующего увеличения среднего тока пучка ускорителя;

4. Разработка методов настройки ускоряющего поля в резонаторах с трубками дрейфа. Создание экспериментальной базы для исследования радиотехнических параметров резонаторов;

5. Сборка полномасштабных резонаторов с трубками дрейфа и их радиотехническая настройка;

6. Проведение теоретических исследований динамики частиц и разработка экспериментальных процедур для определения номинальных амплитуд и фаз ВЧ-полей в ускоряющих резонаторах.

7. Разработка новых приборов и их реализация для измерения параметров пучков: абсолютной и относительной энергий; поперечного

профиля пучка; фазот го спектра; продольного и поперечного чиит-ТШ1СО» ускорении:; пучуов.

8. Обеспечение продольного и поперечного согласован и я нуч;;а па переходе из начальной (100 МэВ) н основную часть ускорители.

9. Исследование эффекта поперечной неустойчивости из-за взаимодействия с гибридными колебаниями » ииогорезопаторпом ускори теле

ионов.

Одно из перспектипних направлений развития ускорительной базы Московской мезонной фабрики - ускорение пучков нуклидом, образованных при взаимодействии протонного пучка ЛУ ММФ с мишенью. Нибор высокоэффективной и недорогой схемы ускорения радиоактивных пучков является важным этапом разработки экспериментального комплекса 2-й очереди на ММФ.

Цель работы. В соответствии с вышеизложенным, целью настоящей диссертации является проведение теоретических и экспериментальных исследований в период наладки линейного ускорителя и осуществление физического пуска ускорителя до промежуточной энергии 160 МэВ. Обеспечение необходимых параметров пучков для первых физических экспериментов но подпорогопому рождению пионоп и проиэиодстиу изотопов. Кроме того, в диссертации излагается физическое обоснование линейного ускорителя радиоактивных пучков непрерывного действия, создание которого обеспечит перспективное развитие в новой области ядерной физики.

Работа выполнялась в соответствии с планами исследований РАН и Миннауки Российской Федерации в рамках Государственной программы: "Физика высоких энергий", "Создание линейного ускорителя Московской мезонной фабрики" (регистрационный помер 01.6.01.20.463).

Научная новизна работы. Диссертация является законченным научным исследованием, в результате которого решена важная, народнохозяйственная проблема - осуществлен физический пуск сильноточного линейного ускорителя резонной фабрики до энергии 160 МэВ, разработали методы настройки ускорителя до полной энергии 600 МэП, обосновано новое перспективное направление развития ускорительной базы МИФ, а именно: использование линейного ускорителя в непрерывном режиме для ускорения радиоактивных пучков.

В диссертации представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований динамики сильноточного пучка (в том числе двухкомпонентпого) на участке инжекции в ускоритель с трубками дрейфа. Результатами этих исследований являются экспериментальные процедуры настройки каналов инжекции, согласования пучка п 6-мерном фазовом пространстве, предложения по модернизации схемы инжекции в ускоритель.

Разработаны методические и аппаратные средства для прецизионной настройки ускоряющего поля в резонаторах с трубками дрейфа. Разработаны процедуры определения номинальных фаз и амплитуд в ускоряющих резонаторах, основанные на измерениях фазового спектра пучка; импульсного спехтра и времени пролета частиц. Лля экспериментального исследования продольной динамики частиц использованы новые приборы. В частности, реализованы новые способы измерения энергии пучка, фазового спектра сгустка. Впервые измерен , продольный"эмиттанс ускоренного пучка протонов при помощи анализа фазовых спектров сгустка. Исследованы условия согласования продольного эмиттанса с аксептапсом основной части ускорителя.

В диссертации предложен новый способ измерения продолыю-по-

перечных параметров пучка ионов И+ и II . Для определения среднекиадратического эмиттапса пучка предложены и реализованы метод варьирования градиентов, а также метод, основанный на измерении профилей при помощи пяти периодически расположенных профилометров. Теоретически исследован эффект поперечной неустойчивости пучка при взаимодействии с гибридными модами колебаний в многорезонаторном ускорителе ионов.

В результате внедрения исследований, выполненных в ходе работы над диссертацией, осуществлен физический пуск ЛУ ММФ до энергии 160

МэВ и подготовлены условия для наладки ускорителя до полной энергии 600 ИэВ.

Обоснована возможность создания линейного ускорителя непрерывного действия для ускорения радиоактивных нуклидов с отношением заряда к массе в диапазоне 1/60 « ч/А < 1/6 до энергии 6.5 МэВ/н.

На защиту выносятся следующие основные результаты исследований:

1. Методы настройки каналов транспортировки сильноточного пучка с импульсным током до 250 мА. Реализация процедуры согласования с аксептансом ускорителя в 6-мерном фазовом пространстве. Результаты теоретического и экспериментального исследования транспортировки пучка в условиях Существенного влияния собственного поля пространственного заряда.

2. Результаты исследований по разработке бустерного ускорителя с пространственно-однородной квадруполыюй фокусировкой (П0КФ) на энергию 400-750 кэВ, предназначенного для увеличения коэффициента заполнения пучка ускорителя ММФ. Обеспечение согласования пучка между ускорителем с П0КФ и резонатором с трубками дрейфа.

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований но настройке резонаторов 100-МэВной части ускорителя ММФ и их испытаний в условиях ускорения пучка.

4. Новые способы прецизионного измерения:

- энергии ускоренного пучка;

- фазовых спектров и поперечных профилей двухкомпопентного пучка ионов Н+ и Н ^предложение);

- поперечного среднеквадратического эмиттанса.

5. Результаты разработки и экспериментальных исследований новых способов установки фаз и амплитуд в многорезопаторных ускорителях ионов:

- при помощи анализа фазовых спектров и использования особенностей продольного движения частиц;

- при помощи магнитного спектрометра;

- времяпролетными измерениями.

6. Результаты теоретических исследований динамики частиц в ускорителях ионов па средние энергии:

- влияния межрезонаторных промежутков на устойчивость продольного движения;

- поперечная неустойчивость сильноточного пучка из-за взаимодействия с гибридными колебаниями.

7. Предложение по создании нового линейного ускорителя радиоактивных нуклидов как перспективы развития экспериментальной базы. Московской мезонной фабрики. '

Апробация материалов диссертации. Результаты научных исследований докладывались на семинарах по линейным ускорителям в г. Харькове (1985, 1987, 1989, 1991 гг.), на семинарах ИЯИ РАН по

физике промежуточных энергий в 1987 и в 1989 гг., на IX, X и XI Всесоюзном совещаниях по ускорителям заряженных частиц (1986, 1988, 1990 гг.), на Международных конференциях но линейным ускорителям (г. Дармшталт, 1984 г.; г. Стэнфорд, 1986 г.; г. Вирджиния, 1988 г.), на Национальных конференциях США (г. Ванкувер, 1985 г.; г. Чикаго, 1989 г.; г. Сан-Франциско, 1991 г.), на 14-й Международной конференции по ускорителям высоких энергий (г.Цукуба, 1989 г.), на Европейских конференциях по ускорителям (г. Рим, 1988 г.; г. Ницца, 1990 г.), на Международном Семинаре по диагностике пучка (г. Ну к у 6,1, 1991 г.). на 2 Международной конференции по радиоактивным пучкам (г. Лоупин-ла-Нуне, 1991 г.). Отдельные вопросы, изложенные в диссертации, докладывались на научных семинарах в МРТИ (г.

Москва), ИТЗФ Jr. Москва). ХФТИ (г. Харьков), НКИЭФА км. Д.В.Ефремоьа (г. Санкт-Петербург), ИФВЭ (г. Протвино), а также в Лабораториях LANL (г. Лос-Аламос, США), КЕК (г. Цукуба, Япония), TR1UMF (г. Ванкувер, Канада), Fermllab (г. Чикаго, США).

Публикации. Сущность и новизна исследований, выполненных по теме диссертации, изложены и 41 статьях, опубликованых в журналах Технической физики. Приборы и техника эксперимента. Вопросы Атомной науки и Техники, Nuclear Instruments & Methods, Particle Accelerators, n препринтах ИЯИ РАН, в сборнике Трудов МРТИ, а также в трудах перечисленных конференций.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, четырех приложений и заключения, она содержит 286 стр. машинописного текста, включая 117 рисупкоЕ и фотографий, а также 14 таблиц. Список использованной литературы содержит 143 наименования.

Содержание работы

Первая глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию динамики частиц на инжекционном участке, где наиболее существенно влияние собственного заряда пучка. Для описания динамики сильноточного пучка введены усредненные (среднеквадратические) параметры и для них составлены уравнения движения. Оказалось, что эти уравнения при некоторых предположениях формально совпадают с уравнениями Капчинского-Владимирского и допускают обобщение на 3-мерный случай, независимо от вида эллиптически-симметричного распределения в конфигурационном пространстве. Поскольку число параметров, описывающих сильноточный пучок в среднеквадратическом приближении, достаточно мало, уравнения для среднеквадратических размеров можно использовать для оптимизации внешних полей и согласования пучка.

На основе методов, предложенных в данной главе рассчитаны и экспериментально исследованы параметры силыюточного пучка вдоль канала инжекции. Выбраны оптимальные фокусирующие поля, позволяющие согласовать пучок с аксептансом ускорителя как в двумерном, так и в трехмерном (при работающих резонаторах группирователя) случае. Разработана экспериментальная аппаратура, позволяющая проводить автоматизированное измерение параметров пучка: тока, профиля и эмиттанса.

Настройка канала инжекции протонов начинается с измерения эмиттанса на станции наблюдения СН( (рис. 1). Предварительно настройкой элементов 1-го участка капала па ней достигается наибольший ток пучка при заданном режиме инжектора. Регулируемыми параметрами при этом являются фокусирующие поля двух соленоидов. На

СН4 регистрируется суммарный ток протонов и ионов Н*. Как правило, при токе пучка инжектора 210 мА достигалась наибольшая яркость пучка. Типичные значения токов пучка вдоль канала инжекции указаны на рис. I. По измеренным распределениям частик на фазовых плоскостях хх/ и уу' находятся среднеквадратические значения эииттансов. Результаты измерения эииттанса на СН( в одной из фазовых плоскостей представлены па рис. 2. Видно, что параметры пучка не меняются от сеанса к сеансу. Существенно, выражен ореол пучка: эмиттансы, содержащие 95% и 1007. частиц, отличаются в -2 раза, причем эмиттанс 957. пучка равен 0,4 тс-см-мрад. В диссертации изложена методика, на основе которой удается найти среднеквадратические фазовые параметры пучка и определить оптимальные поля фокусирующих элементов на 1-м и 2-м участках канала инжекции. Для расчета параметров оптической системы использовалась оптимизирующая программа. После установки расчетных значений полей в фокусирующих элементах проводится их корректировка. Данные о фазовых параметрах пучка на СН2. используются для расчета согласования пучка с аксептансом ускорителя на 3-м участке канала.

Рассмотрены возможности модернизации участка инжекции, в частности, для удлинения импульса пучка ускорителя в 2 раза. Для этих целей предлагается установить бустерный ускоритель с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ) на энергию 400 + 750 кэВ, предназначенный для одновременного ускорения лучков Н+ и Н. При этом возникает необходимость исследования условий 6-мерного согласования сильноточного пучка с энергией 750 хэВ с аксептансом ЛУ. Стыковка ускорителя с ПОКФ с 1-м резонатором неизбежно приводит к появлению некоторого участка дрейфа по

продольному движению. В отсутствие дрейфа ускоритель с ПОКФ служит идеальным согласователем по продольному движение. Более того, по сравнению с клистронным группирователем, отсутствуют ореольные частицы, которые могут быть потеряны вдоль ускорителя при энергиях сотни МэВ. Поэтому необходимо, чтобы дрейф по продольному движению между ускорителем с ПОКФ и 1-м резонатором был скомпенсирован. Для б-мерного согласования пучка между ускорителем с ПОКФ и 1-м резонатором ускорителя ЧИФ используются квадрупольные линзы и банчер. Расчет показывает, что при токе пучка в диапазоне 0-100 мА напряжение на банчере составляет 75-100 кВ. Радиус пучка с нормализованным эмиттансом 0,4 л-см-мрад не превышает 1 см при градиентах до 4500 Гс/см.

Рнс 1. Схема канала ннжекции протонов и расположения в нем измерителей параметров пучка. инжектор протонов, ИТ - измеритель тока, СО - соленоид, ЗК- запирающий конденсатор, КМ - корректирующий магнит, СН - станция наблюдения (измеритель эмиттанса), ЦФ -цилиндр Фарадея, КД - квадрупольиый дублет, КЭ - кварцевый экран, ИДТ - индукционный датчик тока, РГ - реэонатор-группирователь, Р -резонатор, ОП - ограничитель пучка, 38 - затвор вакуумный, БВ -блок вакуумный

I* 210иА

> "'Ун!

е

. КГ1 *

«3

10"»

О 0.2 ОЛ 0.6 ОЛ Щ

1/1.—-

Рис 2. Зависимость нормализованного эмиттапса от доли тока на двух станциях наблюдения (светлые точки СН((4 измерения), темные - СН^ -(2 измерения))

Во второй главе изложены результаты методических разработок^ и

I

экспериментальных исследований, связанные с получением заданных параметров ускоряющего поля в пяти резрнаторах начальной части на энергию от 750 кэВ до 100,1 МэВ.

Одним из основных этапов наладки ускорителя является настройка ускоряющего поля в резонаторах с трубками дрейфа, который включает комплекс работ по установке и юстировке трубок дрейфа, вакуумные испытания и подготовка резонатора к приему пучка. Жесткие требования к параметрам ускоряюще-фокусируютего поля в сильноточном ускорителе МФ обусловили разработку ряда методик по прицизионной настройке ускоряющего поля. Необходимость многократных радиотехнических измерений привела к созданию автоматизированного комплекса. Процедура наладки резонаторов с трубками дрейфа состоит из следующих основных этапов: 12

1.__

см

Л*""

о-СН4 (4» . *-СИ2(2и тп)

-гУ - ----

- -

-----

Л

- магнитная и геометрическая калибровка трубок;

- подготовка, установка и высокоточная юстировка трубок дрейфа, обеспечение вакуумной герметичности резонатора;

- настройка рабочей частоты 198,2 МГц основного типа колебаний

Е с точностью 1-2 кГц; 010

- выравнивание среднего по периоду ускоряющего поля со ср.кв. отклонением менее 1 7.)

- стабилизация ускоряющего поля стержнями с сохранением равномерности поля;

- согласование резонатора с фидером.

Амплитуда поля Е^ вблизи оси цилиндрического резонатора при наличии возмущений можно представить как сумму невозмущенного поля и пространственных гармоник:

га

риг

(1)

Е^ЕохУкг)с05~ Г ^НЛ

I - 1

Смысл выравнивания среднего по п-му периоду ускоряющего поля в

резонаторе Ев заключается в создании требуемого (расчетного)

распределения Еп вдоль резонатора на заданной частоте. В частности,

каждый резонатор ЛУ МИФ рассчитан таким образом, что во всех

ускоряющих ячейках необходимо получить одно и то же значение Е со

п

среднеквадратической погрешностью < 17,. Уменьшение амплитуды возмущения возможно двумя основными способами:

- уменьшением коэффициента р] в разложении "местной" частоты в ряд Фурье:

и(г) и ио(1+ X Р.с05 т)

(2)

- удалением частоты соседних типов колебаний от частоты рабочего колебания.

В первом случае элементами регулирования являются настроечные поршни и короба, устанавливаемые вдоль образующей резонатора. Для удаления частот соседних типов колебаний от рабочей частоты в резонаторах ЛУ ММФ используются резонансные стержни, устанавливаемые в плоскости расположения штанг напротив трубок дрейфа, по методу "антипод". Резонансные стержни существенно влияют и на временную составляющую поля, которая зависит от разделения частот соседних типов колебаний. Поэтому использование стержней, как правило , связывают со стабилизацией поля в резонаторе, т.е. устойчивостью распределения ускоряющего поля при нестационарной нагрузке пучком и других нестабильных возмущениях.

Из-за большой длины четырех резонаторов с трубками дрейфа начальной части удаление частоты Г от частоты рабочей моды в этих резонаторах составляет всего 80 + 300 кГц (см. рис. 3), поэтому частоты соседних мод колебаний должны быть смещены на величину ~ 1 МГц.

В результате проведенных исследований была разработана следующая процедура настройки стабилизирующих стержней:

1. Каждый стержень вводится, в резонатор индивидуально. Определяются длины стержней, соответствующие одной частоте.

2. При перемещении всех стержней с сохранением пропорций по длинам снимаются настроечные кривые. Определяется область' длин стержней в районе рабочей точки, т.е. при одинаковом удалении частот ближайших верхнего (Е*11) и нижнего колебаний от частоты рабочего колебания.

Рис. 3. Дисперсионная кривая 1-го резонатора до (о о о) и после (•••) стабилизации

3. Снимается распределение поля па колебаниях Е и Е

011 СТ-1

вблизи рабочей точки. Путем индивидуальной подстройки стержней подбирается приблизительно одинаковое распределение поля на указанных типах колебаний. Таким образом, окончательно выбирается длина стержней.

4. На последнем этапе осуществляется выравнивание поля при помощи пластин эллиптической формы, эксцентрично установленных на стержнях. Снимается распределения ускоряющего поля при вращении стержней с пластинами. В результате достигается необходимая равномерность поля со среднеквадратичным отклонением от требуемого на 0,5 + 1,07..

Конечный результат настройки резонаторов характеризуется дисперсионной кривой, показанной для резонатора 1 на рис. 3 и распределением ускоряющего поля (рис. 4).

В третьей главе приведены результаты исследований по разработке методов настройки продольного движения в многорезонаторном ускорителе высокой интенсивности на примере ускорителя МИФ. Процедура определения номинальных значений фаз и амплитуд ВЧ-поля на

№

М> »»

-(ДО -АН

Рис. 4. Распределение ускоряющего поля

резонаторе состоит из 2-х основных этапов: 1) разработки компьютерной модели ускорителя, наиболее полно отражающей реальную установку; 2) разработки и реализации экспериментальных процедур по определению номинальных фаз и амплитуд. Установлено, что в зависимости от динамики частиц в диапазоне энергий от 750 кэВ до сотен НэВ необходимо использовать различные процедуры для нахождения по пучку параметров ускоряющего поля.

Экспериментальная процедура определения уровня поля и энергии иижекции в первый резонатор ускорителя (20 МэВ) состоит в следующем (эксперименты проводятся при выключенных резонаторах группиро-вателя):

- предварительное определение номинального ускоряющего поля (с точностью *47.) при энергии инжекции, также известной с погрешностью

- прецизионное определение энергии инжекции при помощи измерения разности фаз ВЧ-поля} наведенного ускоренным лучком на двух датчиках 3-й гармоники;

- более точное определение номинального уровня поля при известной энергии иижекции;

- использование фазового анализатора (ФА) для прецизионного

■27.;

определения номинального уровня поля с точностью ~0,27. независимо от энергии инжекции (которая может быть известна грубо);

- прецизионное определение уровня ускоряющего поля и энергии инжекции путем сравнения результатов, полученных методом "отсечки" и измерения фазового спектра.

Для определения номинальных параметров ускоряющих полей в резонаторах * 2,3,4 использовался анализ зависимости тока ускоренных частиц I от разности фаз ф между настраиваемым и предыдущими резонаторами. Выделение ускоренных частиц осуществляется при помощи поглощающей фольги, толщина которой рассчитана на прохождение только ускоренных в настраиваемом резонаторе частиц ( с учетом конечного разброса Др/р ). По кривой 1(ф) определяется фазовая протяженность области устойчивости и соответствующая ей амплитуда ускоряющего поля, а также находится фаза поля в резонаторе.

Существенным недостатком метода с использованием поглощающих фольг является необходимость прерывания пучка, что осуществимо только при малых средних интенсивностях пучков. С целью совершенствования методики определения поминальных параметров ускоряющего поля использовались зависимости величины третьей гармоники тока ускоренного пучка от фазы поля в резонаторе. Амплитуда гармоники тока пучка па выходе исследуемого резонатора меняется при сканировании фазы ускоряющего поля. Сгусток остается наиболее компактным, когда находится полностью в пределах продольной области устойчивости.

Основное назначение пятого резонатора - согласование пучка по продольному движению при переходе из низкоэнергетической в высо-хоэиергетическую часть ускорителя. Поэтому этот резонатор рассчитан

таким образом, что па кем совершается четверть периода малих продольных колебаний, а набор энергии пучка составляет всего "5,7 МэВ. Невозможность выделения ускоренных частиц при помощи поглотителя привела к разработке других методов определения номинальных параметров ускоряющего поля. Б результате проведенных расчетных исследований были предложены три группы методов, основанные на:

- Анализе степени группировки пучка при помощи датчиков гармоники тока (ДГТ) и ФА;

- Времяпролетных измерениях при прохождении пучка через резонатор и участок дрейфа при изменении амплитуды и фазы ускоряющего поля;

- Измерениях средней энергии ускоренного пучка при помощи магнитного анализатора при вариации амплитуды и фазы ускоряющего поля.

После анализа полученных зависимостей и построения вспомогательных графиков производится сравнение с расчетными данными и определяется относительный уровень поля в резонаторе и (или) требуемое положение фазосдвигающего устройства в цепи системы АРФ.

Методы определения номинальных амплитуд и фаз в высокоэнергетической части линейного ускорителя иопов основаны на времяпролетных измерениях. В частности, при реализации Д1-процедуры осуществляется последовательная настройка резонаторов по пучку. При настройке Ы-го резонатора все предыдущие резонаторы включены и работают в номинальном режиме, резонаторы, начиная с N->1, выключены, а настраиваемый резонатор последовательно включается и отключается. Регулирование ^мплитуды и фазы в настраиваемом резонаторе производится вбилизи номинальных значений, которые определяются предварительно с невысокой точностью (реально около ±57. по

амплитуде и около ±5 по фазе).

С этой целью на участке ускорителя до энергии 160 МэВ используется магнитный спектрометр, настроенный на расчетную

энергию пучка на выходе исследуемого резонатора. Так как изменение средней энергии пучка при сканировании фазы поля в резонаторе имеет вид, показанный на рис. 5, то с помощью кривой, приведенной на рис. 6, можно определить параметры ВЧ-поля в резонаторе. Установку фазы в резонаторах основной части можно выполнить также при помощи ДГТ, установленного за последующим резонатором (дрейф пучка используется для повышения чувствительности метода). На рис. 7 приводятся кривые сканирования, полученные в эксперименте для 7-го резонатора.

л »•

Рис. 5. Изменение средней энергии на выходе резонатора 6 при сканировании фазы.

Рис. 6. Определение синхронной фазы магнитным спектрометром (эксперимент).

—Ь

4 * 1 »»1 1-

9 , 4«?геа

Рис. 7. Определение синхронной фазы по методу фазового сканирования на резонаторе 7.

При реализации Лг-процедуры измеряются изменения времен пролета через настраиваемый резонатор, а также через настраиваемый и последующий отключенный резонатор, возникающие при включении/ отключении настраиваемого резонатора. Пусть V. . г.. ,

АВ,оГГ АВ.ОП

г , - время пролета между датчиками АВ и АС при

АС,П1 ЛС.ОП

отключенном и включенном резонаторах. Точки А, В и С соответствуют ЛГТ, расположенным последовательно на входе и выходе настраиваемого резонатора, а также на выходе последующего резонатора. Посхольку абсолютные измерения времени пролета осуществить практически трудно, измеряются разности времен пролета, появляющиеся при включении/отключении резонатора:

г » г - г

В АВ оГГ АВ оп

г » г - г

С АС оГГ АС оп

Более удобно пользоваться разностью измеренных и расчетных величин

- Ч " Ч •

1 Вкэмвр Врасч

дг - г - г,

2 Скэи«р Ср»сч

Экспериментально измеряются фазовые смещения Д^ и Дср2 на частоте

третьей гармоники следования сгустков, соответствующие временам Д^

и Дг.. Значения 1 и г, - расчетные величины при номинальных 2 Врасч Срлс ч

значениях амплитуды, фазы и входной энергии.

На рис. 8 показано положение экспериментальных точек в координатах Д^ и Дф2> аппроксимирующая прямая, а также линия, найденная численным моделированием при инжекции сгустков в синхронной фазе при разных энергиях инжекции пучка в рассматриваемый резонатор. Точка пересечения линий на рис. 8 дает значение ф , состри

«ЧнМ

Рис. 8. Положение экспериментальных точек на плоскости (4^, Л(р2) и расчетная кривая А*Л =' 0.

ветствующее синхронной фазе, и отклонение энергии пучка от синхронной на входе резонатора. В частности, из рис. 8 следует, что отклонение относительной скорости Ар/р от расчетной на входе в основную часть составляет -1,8-10 .* Эту величину можно уменьшить путем подстройки фазы в предыдущем резонаторе.

Четвертая глава посвящена в основном экспериментальному исследованию динамики частиц на ускорителе ММФ. Увеличение частоты ускоряющего поля в 5 раз в основной части ускорителя требует тщательного согласования продольного эмиттанса пучка с аксептансом высокоэнергетической части ускорителя, который должен быть определен численным моделированием. Оказалось, что на величину и форму аксептанса основной части ускорителя оказывает существенное влияние наличие дрейфовых промежутков между секциями и резонаторами. Причем, отличие межрезопаторного дрейфа от межсекционного приводит к резонансному возмущению продольного движения частиц, а также к аномальным искажениям области устойчивости. Из-за нелинейности фазовых колебаний, частота колебаний сильно зависит от амплитуды. Поэтому для частиц, расположенных вблизи сепаратрисы, выполняются условия параметрических резоиансов высокого порядка. В диссертации проанализированы возможные пути компенсации названного эффекта.

Задача согласования состоит в соответствующем размещении продольного фазового портрета пучка в пределах аксептапса. С диссертации приводится методика измерения продольного эмиттапса. Для этого предварительно калибруется амплитуда ВЧ-поля в резонаторе #5.3атем измеряются фазовые спектры на выходе 5- го резонатора при различных известных амплитудах ускоряющего поля. При этом в четырех первых резонаторах системами стабилизации поддерживаются номинальные амплитуды и фазы ускоряющих полей. Фазовый эллипс па входе в 5-й резонатор восстанавливался по измерениям фазового спектра при амплитудах ускоряющего поля: Е = О, Е = О^Ец. Е = !>3 Е^, где Е|( - номинальное поле. На рис. 9 приведены фазовый эллипс на входе в резонатор *5 и касательные к нему, соответствующие измеренным фазовым протяженностям сгустка на выходе резонатора.

Рис. 9. Фазовый эллипс на входе в 5-й резонатор и касательные к нему, соответствующие фазовым протяженностям сгустха на выходе 5 -го резонатора .Точками нанесен расчетный фазовый портрет.

На входе в основную часть ускорителя интегральная фазовая

о

протяженность сгустка по основанию составляет -13 . Как показали

исследования поведения фазового спектра вдоль импульса тока пучка,

после введения в эксплуатацию системы программной компенсации

нагрузки пучком эта величина будет близка к -8° - 10°, что о о

составляет 40 - 50 на частоте основной части ускорителя.

Лля измерения поперечного эмиттанса пучка только на канале

Е-1.3ЕП4 ^Е-0

УГ \

N

\ ¿Л

\

Ч» 41

У. г об

инжекции можно систематически использовать контактные мониторы. Использование щелевых измерителей эмиттансов при более высоких энергиях невозможно из-за активации оборудования. Поэтому измеряется распределение по каждой из поперечных координат при помощи проволочных сканеров. Для целей согласования определяются 1-й и 2-й моменты полученного распределения (профиля). Для определения параметров фазового эллипса в периодическом фокусирующем канале достаточно иметь один -профилометр. При небольшом изменении жесткости фокусировки длинного канала меняется набег фазы поперечных колебаний. Например, в 1-м резонаторе ЛУ ММФ в номинальном режиме набег фазы составляет ДФ = 12,84-я. Одновременное изменение градиентов фокусирующих линз в пределах ±67. от номинала приводит к изменению набега фазы ~ 2л. Экспериментально снимаются зависимости изменения центра тяжести пучка и его ср.кв. размера при различных значениях градиента вблизи номинала. Полученные зависимости отражают движение центра тяжести и огибающей пучка вдоль эллипса Флоке в сечении расположения профилометра. В диссертации получены соотношения для определения параметров фазового эллипса.

При переходе из начальной части ускорителя в основную имеется возможность как измерения, так и подавления поперечных когерентных колебаний. Для измерения профилей пучка предусмотрены 5 проволочных профилометров, размещенных в одной и той же точке периода фокусировки вдоль 1-го резонатора основной части ускорителя. Для восстановления фазового эллипса используются ср.кв. размеры пучка. После вычисления параметров эллипса была восстановлена огибающая пучка (см. рис. 10 сплошная линия). Пунктирная линия соответствует

расчетному согласованному пучку. Точками здесь обозначены ср.кв. размеры пучка, непосредственно измеренные в данном сеансе. Учитывая, что точность, измерения ср.кв. размера составляет -0.2 мм, из рис. 10 видно, что реализованный нами метод лает высокую точность определения эмиттапса. Необходимо отметить, что рис. 10 соответствуют экспериментам, когда в фокусирующих линзах были выставлены поля, полученные из расчета динамики пучка вдоль всей начальной части и последующего согласования с фокусирующим каналом основной части. Достаточно хорошее совпадение экспериментальных точек с расчетной огибающей свидетельствует о соответствии реального фокусирующего канала теоретической модели. Таким образом, при переходе из начальной в основную часть ускорителя обеспечено согласование пучка на фазовых плоскостях хх' , уу', (ф - ф^.ДПГ), включая проекции центра тяхести пучка на рассматриваемые плоскости.

Рис. 10. Огибающие пучка вдоль 1-го резонатора основной части, результат аппроксимации экспериментальных точек; — - —расчет.

Основной режим эксплуатации ускорителя мезонной фабрики - это одновременное ускорение ионов Н и протонов (или поляризованных протонов), поэтому особый интерес представляют методы одновременного измерения и анализа двухкомпонентного пучка. Оказалось, что

идея фазового анализатора с поперечной модуляцией пучка имеет логическое развитие в этом направлении. Более того, путем перемещения мишени поперек двухкомпонептного пучка удается одновременно анализировать и поперечные профили пучков обоих знаков.

В пятой главе изложены результаты теоретических исследований понеречпой неустойчивости из-за самосогласованного взаимодействия сильноточного пучка с гибридными модами колебаний. Известно , что в линейных ускорителях ^лектроиов предельный ток ограничен так называемым "эффектом укорочения импульса". Этот эффект особенно опасен для многосекционных ускорителей при длинных импульсах тока. Аналогичный эффект может иметь место и в протонных линейных ускорителях. Оценки, проведенные для односекционных протонных ускорителей, показали, что предельный ток из-за обрыва импульса достаточно велик и заметно превышает предельное значение, обусловленное кулоновскими эффектами. Ситуация однако усложняется, если для ускорения па большие энергии используется многосекционная структура. В этом случае небольшие поперечные смещения пучка, появляющиеся в результате взаимодействия пучка с несимметричной гибридной волной в каждой секции, могут накапливаться (усиливаться).

Интенсивность взаимодействия пучка с резонатором зависит от электродинамических параметров ускоряющей структуры. Исследования последних лет показали, что структура с шайбами и диафрагмами, имеющая несомненные преимущества для ускорения ионов при 0 г 0,4, обладает "плотной" дисперсионной характеристикой: вблизи основной ветки дисперсионной кривой располагается большое число аксиально-несимметричных типов колебаний. Поэтому рассматриваемая задача весьма актуальна для ускорителя мезонной фабрики ИЯИ РАН, где ис-

пользована такая структура. Насколько пан известно, подобная задача применительно к многосекционному ускорителю протонов до сих пор не рассматривалась. Поэтому в диссертации приводится подробное изложение теории развития кумулятивной неустойчивости применительно к ускорителю протонов.

Задача решается в нестационарной постановке с учетом спектра частот несимметричных колебаний в резонаторах и его изменения вдоль ускорителя. На примере ЛУ МИФ показано, что поперечное движение пучка остется устойчивым вплоть до величины пикового тока пучка ~2А. Демпфирование неустойчивости имеет место в основном из-за изменения частотного спектра гибридных колебаний от секции к секции. Измерения смещения центра тяжести пучка вдоль импульса тока, выполненные при энергии 160 МэВ, не выявили каких-либо особенностей, которые можно было бы приписать эффекту поперечной неустойчивости.

Шестая глава посвящена исследованиям, направленным на создание линейного ускорителя радиоактивных пучков как развитие экспериментальной базы второй очереди на МИФ. Получение ускоренных пучков нуклидов с аномальным числом нейтронов и ядре открывает новую область исследований в ядерной физике.

Высокая эффективность линейного ускорителя определяется захватом и ускорением без потерь полного потока инжектируемых нуклидов. Для этого необходимо:

1. работа ускорителя в непрерывном режиме;

2. захват по продольному движению практически 1007. частиц;

3. отсутствие потерь из-за поперечного движения, т.е. максимальный аксептаис.

Работа ускорителя и непрерывном режиме становится реальной, если использовать резонаторы на основе встречноштыревых ускоряющих структур (ПШУС). ВШУС позволяет реализовать эффективное шунтовое сопротивление в пределах 150+300 МОм/м в интересующем нас диапазоне относительных скоростей ионов р = 0,011 + 0,12 и частот 27+108 МГц, поэтому при мощности генератора «150 кВт обеспечивается достаточный темп ускорения.

Условия 2 и 3 удовлетворяются при помощи ускорителя с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (110КФ). Численное моделирование динамики частиц в предлагаемой структуре показало, что в ней достигается практически полный захват пучка. На выходе секции разброд пучка по импульсам - *\7.\ фазовая ширина сгустка - ±18°. С целью сохранения интенсивности радиоактивного пучка повьшение зарядности ускоряемых нуклидов целесообразно выполнить при энергии «350 кэВ/н. Поэтому, в диапазоне энергий 60+350 кэВ/н пучок должен быть ускорен при q/A = 1/60. Использование ПОКФ выше 60 кэВ/н неэффективно, т.к. темп ускорения составляет всего 4 кэВ/н-м, в то время как при помощи ВШУС можно рассчитывать на величину ~34 кэВ/м-н. Основная проблема при малых значениях q/A -обеспечение фокусировки пучка. В диссертации показано, что в диапазоне энергий 60+350 кэВ/н наиболее надежным вариантом ускорения является резонатор ВШУС с квадрупольными линзами, которые располагаются в трубках дрейфа в чередовании с трубками дрейфа без линз. Для реализации технически достижимых градиентов в линзах, длина трубок дрейфа, где размещается квадрупольная линза, увеличивается на рх. Схема предлагаемого ускорителя радиоактивных нуклидов показана на рис. 11.

Особенностью предлагаемой схемы ускорения является использование резонаторов ВШУС, в которых геометрия ускоряющих промежутков рассчитывается для равновесной фазы 4^=0. Следовательно, в ускорителе отсутствует автофазировка -и область устойчивости в продольной фазовой плоскости. Возможность ускорения обусловлена малостью перемещения вдоль фазовых траекторий в каждом из ускоряющих участков. Действительно, на рис. 12 показаны фазовые траектории,

-Х-

■V» -I

л

рр □

Рис. 11. Схема ускорителя радиоактивных нуклидов Московской мезонной фабрики.

1 - резонатор с ПОКФ, 2 - фокусирующие линзы, 3 -ребанчер, 4 - резонатор ВШУС с магнитной периодической фокусировкой, б - стриппер, 6 - поворотный магнит, 7 - резонатор ВШУС со встроенными квадруплетами.

Рис. 12. Фазовые траектории на плоскости (&0/0(, ф) на различных участках резонатора ВШУС а),в) <р = 0°; б) <рв = -30е

рассчитанные для ц/А = 3/20, VI = 350 кэВ/н, Ев-Т = 27 кВ/см, Г = 54,24 МГц. В процессе ускорения частицы движутся сверху вниз

вдоль фазовых траекторий на плоскости (Л(3/0, <р), показанных на рис. 12, Участку ускорителя с <р^= 0 соответствуют фазовые траектории на рис. 12а,в. По существу, переиещение вдоль фазовых траекторий эквивалентно набегу фазы 100°+180° в условиях устойчивых колебаний.

Таким образом, линейный ускоритель радиоактивных пучков состоит из резонатора с ПОКФ, двух резонаторов с ВИУС с периодической магнитной фокусировкой и трех резонаторов ВШУС , рассчитанных на синхронную фазу <р^= О. Последние 3 резонатора обеспечивают ускорение о диапазоне энергий 350 хэВ/н и 6,5 НэВ/н, первый из резонаторов -работает на частоте 54,24 МГц, а последние 2 резонатора -108,48 МГц. Переход на более высокую частоту я- последних 2-х. резонаторах обусловлен необходимостью создания достаточного темпа ускорения при высоком шунтовом сопротивлении резонатора, а также поперечными размерами установки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены результаты исследований; выполненных в

♦ —

период наладки сильноточного линейного ускорртеля, ионов Н и Н Московской мезонной .фабрики.. - Внедрение, основных результатов диссертации позиолило успешно ускорить протоны до энергии 160 МэВ и провести первые физические эксперименты. Кроме того, обоснована возможность создания высокоэффективного ускорителя радиоактивных нуклидов непрерывного действия.

Приведем краткое изложение основных результатов диссертации:

1. Проведены исследования, связанные с разработкой математического аппарата и-экспериментальной процедуры настройки каналов инжекции сильноточных пучков ионов с пиковыми токами до 250 мА.

Параметры пучка, полученные в эксперименте, используются в качестве исходных данных для оптимального выбора внешних фокусирующих полей и согласования пучка в 4-х или 6-мерном фазовом пространстве. Процедура настройки канала обеспечивает расчетный захват частиц в режим ускорения с пиковым током до 50 мА.

2. С целью увеличения коэффициента заполнения пучка на ускорителе МИФ до 27. предложен и разрабатывается бустерный ускоритель с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ) на энергию 400 - 750 кэВ. Из-за высокой энергии инжекции в ПОКФ предприняты специальные меры для сохранения коэффициента захвата на уровне ~607. при умеренной длине резонатора -1,2 м путем оптимизации закона изменения синхронной фазы вдоль ускоряющей структуры. Для обеспечения 6-мерного согласования с аксептансом первого резонатора рассчитан и разрабатывается участок согласования, состоящий из квадрупольных линз, банчера и диагностических устройств.

3. В связи с особыми требованиями к качеству ускоряющего поля разработаны и реализованы математическое и аппаратное обеспечение для радиотехнической настройки резонаторов с трубками дрейфа. Учет случайных и систематических погрешностей, исследование влияния связи фидера с резонатором, разработка и внедрение методики выравнивания стабилизированного поля позволили обеспечить параметры ускоряющего поля со среднеквадратическим отклонением от требуемого менее, чем на 1%. Существенное развитие получили способы настройки частоты и поля на основной и соседних модах колебаний при помощи стабилизирующих стержней, установленных в плоскости штанг. Доказательством высокого качества настройки ускоряющего поля на всей начальной части являются продольные характеристики пучка,

которые практически совиали с расчетами.

4. Разработаны и реализованы процедуры для определения номинальных фаз и амплитуд ускоряющих ВЧ-полей на резонаторах ускорителя. Для прецизионной установки фаз и амплитуд на резонаторах с трубками дрейфа впервые использован фазовый анализатор (ФА). В частности, установка поля в первом резонаторе основана па чрезвычайно резкой зависимости фазового размера банча от уровня поля. Специальные процедуры разработаны для настройки параметров ВЧ-поля в согласующем резонаторе при переходе в основную часть ускорителя. Показано, что наиболее прецизионная установка как амплитуды, так и фазы поля может быть выполнена при помощи измерения интенсивности части пучка, выделенного магнитным спектрометром. При сканировании фазы ВЧ-ноля спектрометр "пропускает" интенсивность только при определенной энергии пучка, что имеет место при двух значениях фазы. Путем "привязки" двух пиков интенсивности пучка можно определить как фазу, так и амплитуду ВЧ-поля.

Для определения номинальных фаз и амплитуд на резонаторах основной части ускорителя реализованы методы, основанные на регистрации гармоники тока и анализа пучка по энергии при сканировании фазы. Успешно реализована методика и техника Дг-про-цедуры. Показано, что точность измерительной фазометрической аппаратуры достаточная для обеспечения установки амплитуды и фазы поля с требуемой точностью (17. и 1°). В ходе экспериментов исследованы

новые процедуры для настройки резонаторов высокоэнергетической части. Расчеты показывают, что для корректного нахождения амплитуды поля необходимо моделирование сгустков в реальной геометрии резонаторов.

5. Предложен ряд иоиых устройств для исследования параметров ускоренных пучков Н+ и Н . В частности, экспериментально подтверждена прецизионность измерения энергии при помощи механического перемещении резонаторного датчика относительно другого датчика с фиксацией нуля фазового сдвига наведенного поля на фазовом мосте.

Разработан новый способ измерения продольного и поперечного профилей сгустков в двухкомпонентном пучке ионов Н+ и Н . Измерение поперечного профиля осуществляется перемещением проволочной мишени поперек пучка и измерении интенсивности вторичных электронов. Разделение электронов, соответствующих ионам Н+ и Н .осуществляется при помощи ВЧ-дефлектора, синхронизированного с ВЧ-структурой пучка. Фазовый спектр измеряется также, как в фазовом анализаторе.

Проведены исследования поперечного эмиттанса пучка при энергиях протонов 0,75, 20, 100, и 160 МэВ. Из данных измерений следует, что для обеспечения безопасного отношения ср.кв. размера пучка к радиусу апертуры с цель» сохранения допустимого уровня потерь частиц в сильноточном ускорителе необходимо увеличение яркости пучка инжектора ускорителя МИФ на 357..

6. Проведено исследование фазового спектра ускоренных частиц при энергиях 20 МэВ и 100 МэВ. Измерены доля ускоренных частиц при энергии 20 ИэВ, продольный ореол частиц на уровне 10 Исследовано поведение фазового спектра вдоль импульса .тока, при ' разной частоте повторения импульсов ускоряющего поля. Сравнение распределения частиц в. сгустке в номинальном режиме ускорения при энергиях 20 МэВ, 100 МэВ и токе до 10 мА показало хорошее совпадение с расчетными данными.

Впервые измерен продольный эмиттапс пучка ускоренных протонов при помощи фазового анализатора. Фазовый спектр измеряется на выходе согласующего резонатора при трех разных уровнях поля. Продольный эллипс восстанавливается на входе в согласующий резонатор при помощи матриц передачи резонатора. Фаза ВЧ-поля в резонаторе устанавливается для обеспечения линейных коэффициентов матрицы передачи на всех уровнях ВЧ-поля.

7. Разработан и реализован ряд оригинальных методов для исследования поперечных параметров ускоренного пучка. Среднеквад-ратический эмиттанс на выходе периодического фокусирующего канала определяется при помощи только одного профилометра. Для поперечного согласования пучка на переходе из начальной в основную часть ускорителя используются данные об эмиттапсе, полученные при помощи пяти профилометроп, установленных периодически вдоль фокусирующего канала. Разработана процедура подавления поперечных когерентных колебаний пучка на входе в.основную часть ускорителя.

8. Теоретически исследован эффект поперечной неустойчивости из-за взаимодействия сильноточного пучка с гибридными модами колебаний в мпогорезонаторном ускорителе ионов. Создана теоретическая модель ускорителя, в которой учтены все важнейшие факторы, влияющие на интенсивность взаимодействия пучка и гибридных колебаний: начальное возмущение пучка, изменение частот гибридных колебаний от резонатора к резонатору, добротность возбуждаемых мод колебаний, внешняя фокусировка пучка и т.д. В результате численного моделирования установлен верхний предел пикового тока -2 А для ускорителя ММФ, в котором используется структура с шайбами и диафрагмами.

9. Разработано физическое и техническое обоснование нового линейног о ускорителя радиоактивных нуклидов. Создание такого ускорителя на ММФ позволит открыть новую область исследований в ядерной физике. Ускоритель характеризуется непрерывным режимом работы; практически 100% захватом в режим ускорения; низким начальным значением отношения q/A = 1/60; наличием только одного стриппера при энергии 350 кэВ/н; использованием ускоряющих структур с высоким шунтовым сопротивлением и, как результат, минимальным потреблением ВЧ-мощности (~930 кВт) и малыми габаритами (длина ускорителя - менее 50 м).

В заключение выражаю искреннюю признательность своим коллегам, сотрудникам отдела ускорительного комплекса ИЯИ РАН и Московского радиотехнического Института, принимавшим активное участие в наладке и исследовании линейного ускорителя, без которых выполнение данной работы было бы невозможно.

Список работ автора по теме диссертации

1. Володкевич О.М., Лругаков А.Н., Остроумов П.Н. и др. Измерение параметров протонного пучка на канале инжекции ЛУ МИФ// Аннотации докладов XI Всесоюзного совещания по ускор. заряженных частиц. -Дубна. 1988. С.153.

2. Кузьмин О.С., Мирзоян А.Н., Остроумов П.Н., Настройка сильноточного канала инжекции линейного ускорителя мезонной фабрики // ПТЭ. 1990. No 3. С. 52 - 56.

3. Мирзоян А.Н., Остроумов П.II., Романов Г.В. и др. Сильноточный канал инжекции для линейного ускорителя Мезонной фабрики ИЯИ АН СССР// ЖТФ. 1981. Т. 51. вып. И. - С. 2420 - 2421.

4. Есип С.К., Остроумов П.Н., Фатеев А.П. Применение ускорителя с квадруполыюй фокусировкой в качестве инжектора мезонной фабрики// Труды VI11 Всесоюз. совет, по ускор. зар. частиц. -Дубна. 1983. Т. 2. - С. 71 - 76.

5. Ostroumov P.N., Andreev V.A., Gorelov D.V. et al. Development of RFQ Accelerator for the MMF Linac// Bulletin of the American Physical Society. Abstracts of the 1991 РАС. V.36, No.5. 1991. P.1653.

6. Грицына О.Я., Есин C.K., Киселев И.В. и др. Состояние сооружения сильноточного ускорителя ММФ// Труды семинара по программе исследований на ММФ. -Звенигород, 1987. С.12-17.

7. Былинский Ю.В., Есин С.К., Жариков И.С. и др. Настройка ускоряющего резонатора с трубками дрейфа// Труды X Всесоюз. совещ. пс ускор. заряж. частиц. -Дубна, 1986. Т.1. С. 246-249.

8. Bylinsky Yu.V., Zharylkapov S.Zh., Ostroumov P.N. et al. Meson Factory Accelerating Structure Tuning// Proc. of the EPAC-1. Rome, 1988. V.2. P.1202-1204.

9. Bylinsky Yu.V., Zharylkapov S.Zh., Ostroumov P.N. et al. Experiments Connected with Tuning of the Drift Tube Cavyties Stabilized with Post Couplers// Proc. of the 1988 Linac Conf. CEBAF Report 89-001. -Virginia, 1988. P. 158-160.

10. Былинский Ю.В., Жарылкапов С.Ж., Остроумов П.Н. и др. Результаты радиотехнической настройки ускоряющих резонаторов с трубками дрейфа ЛУ ММФ // Тезисы докладов XII Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. -Москва, 1990. С. 222.

11. Иванов Ю.Д., Лопатпиков Ю.М., Свирин В.В. и др. Опыт ввода ВЧ-

мощности и резонаторы начальной части сильноточного ускорителя ионоп ММФ// Аннотации докладов IX Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. -Дубна, 1988. С.56.

12. Feschenko A.V. and Ostroumov P.N. Bunch Shape Measuring Technique and Its Application for an Ion Linac Tuning// Proc.of the 1986 Linac Conf.-Stanford, 1986. P. 323-327.

13. Feschenko A.V. and Ostroumov P.N. Bunch Shape Analyser with Transverse Scanning of the Low Energy Secondary Electrons // Proc. of the EPAC-2. -Nice, 1990. V.l. P. 323-327.

14. Остроумов П.Н., Фещенко A.B. 06 установке амплитуды и фазы в резонаторе линейного ускорителя ионов с помощью анализатора фазового спектра// ВАНИТ, Серия: Техника физического эксперимента. -Харьков, 1986. Вып. 1/27/. С. 14-16.

15. Былинский D.B., Горелов Д.В., Остроумов П.Н. и др. Установка амплитуды и фазы поля в резонаторе линейного ускорителя ионов// ВАНИТ, Серия: Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент). -Харьков,1989. Вып. 5/5/. С. 18-20.

16. Bylinsky Yu.V., Esin S.K., Gorelov D.V. et al. Operational experience of the first 20 MeV tank of the INR linac// Particle Accelerators. 1990. V.27, No 1-4. P. 107/353.

17. Былинский Ю.В., Есин C.K., Королев O.C. и др. физический пуск начальной части ЛУ МИФ на энергию 100 КэВ// Тезисы докладов XII Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. -Москва, 1990. С. 209.

18. Былинский Ю.В., Дворцов С. 11.. Есин С.К. и др. Исследование параметров протонного пучка ЛУ ММФ при энергии до 160 МэВ // Тезисы докладов (12-го Всесоюз. сем. по лин. уск. зар. част.

-Харьков, 199]. С. 4.

19. Bylinsky Yu.V., Esin S.K., Dvortsov S.V. et al. Longitudinal Tuning and Beam Study up to 160 MeV at the Moscow Meson Factory Linac// Bulletin of the American Physical Society. Abstracts of the 1991 PACV V.36, No.5. 1991. P.165I.

20. Остроумии 11.11., Фещепко Л.В. 06 измерении продольного эмиттанса н.> выходе начальной части ЛУ ММФ. Препринт ИЯИ АН СССР. 11-0537, -Ч., 1987.

21. Fateev А.Р, Ostroumov P.N. The Drift Spaces Effect on the Longitudinal Motion in an Ion Linac// Nucl. Instr. and Methods. 1984. V.222, No 3. P. 420-427.

22. Вылинпкий Ю.В., Горелов Д.В., Остроумов П.Н. и др. Исследование характеристик пучка в первом резонаторе линейного ускорителч мезонной фабрики// 1JT3, 1990. No 5. С. 31-38.; Beam Parameters arter the First 20 MeV Tank of the INR Lir.ac// Proc. оГ the Inter. Seminar on Intermediate Energy Physics (INES-89). -M., 1989. V.I. P. 76-81.

23. БылинскиА Ю.В., Горелой Д. В., Дворцов С.В. и др. Расче--динамики пучка п начальной части ЛУ ММФ и сравнение с экспериментом // Тезисы докладов XII Всесоюзного совевщния по ускорителям заряженных частиц. -Москва, 1990. С. 209.

24. Еилипский Ю.В.. Харылкапов С.Ж., Остроумов П.Н. и др. Исследование продольной динамики частиц в начальной части (100 МэВ) ЛУ МИФ// Тезисы докладов 12-го Всесоюз. сем. по лип. уск. зар. част. -Харьков, 1991. С. 105.

I

25. Feschenko A.V., Petronevich S.A., Ostroumov P.N. et al. Pricise energy measurement of the continuous proton beam// Proc. of

the 1989 РАС. -Chicago, 1989. V.2. P. 1409-1411.

26. Остроумов П.Н., Пртропевич C.A., Фещенко А.В. и др. Прецизионное измерение энергии ускоренного непрерывного пучка ионов// ПТЭ, 1990. N 2. С. 55-57.

27. Остроумов П.Н., Петроневич С.А., Фещенко А.В. Измерение фазового спектра па ускорителе протонов// ВЛНИТ, Серия: Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент). -Харьков, 1989. Вып. 5/5/. С. 49-51.

28. Feschenko A.V., Ostroumov P.N.. Bunch Shape Measurements at the INR Llnac.// Presented to the Workshop on Advanced Beam Inst. Tsukuba, Japan, April 22-24, 1991.

29. Bylinsky Yu.V., Esin S.K., Gorelov D.V. et al. Initial Operation of the First Tank of the INR Linac// Proc. .of the 1989 РАС. -Chicago, 1989. У.2. P. 1411-1413.

30. Bylinsky Yu.V., Feschenko A.V., Ostroumov P.N. Longitudinal Emittance Measurement of the 100 MeV Proton Beam// Bulletin of the American Physical Society. Abstracts of the 1991 РАС. V.36, No.5., 1991. P.1651.

31. Былинский Ю.В., Горелов Д.В., Есин С.К.и др. Наладка линейного ускорителя мезонной фабрики ИЯИ АН СССР: характеристики пучка на выходе первого резонатора с энергией 20 .МэВ// Линейные ускорители (теория и эксперимент), научно - технический сборник МРТИ АН СССР, -И., 1990. С. 36-53.

32. Былинский Ю.В., Остроумов П.Н., Фещенко А.В. Измерение продольного эмиттаис'а пучка протонов с энергией 100 МэВ // Тезисы докладов 12-го Всесооз. сём. по лин. уск. зар. част. -Харьков, 1991. с! 83. .

33. Горелов Д.В., Есин С.К., Жарылкапов С.Ж.и' др. Исследование поперечных параметров пучка На первом резонаторе (Z0 МэВ) ЛУ МФ// ВАНИТ, Серия: Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент). -Харцкоо,1989. Вып. 5/5/. С.30-33.

34. Biryukov I.N., Ostroumov P.N. et al. Transverse Beam Parameter Measurements at the INR Proton Linac// Proceedings of the EPAC 92, p. 1109.

35. Кравчук Л.И., Остроумов П.Н., Парамонов B.B. и др. Поперечная неустойчивость сильноточного пучка в многосекционном ускорителе протонов// ЖТФ. 1984. Т.54, вып. 11,-С. 2266-2268.

36. Esin S.K., Fateev А.Р, Ostroumov P.N. et ai. Beam Breakup in a Multi-sectional Ion Llnac// Proc. of the 1984 Linac Conf. -Seeheim. 1984. P.392-393.

37. Есин C.K., Остроумов П.Н. Взаимодействие сильноточного пучка с гибридными колебаниями в многосекционном линейном ускорителе протонов// Труды IX Всесоюз. совещ. по ускор. зарях. частиц. -Дубна, 1984. Т.1. С. 130-136.

38. Gonin I.V., Esin S. К., Ostroumov P.N. et.al. The Bunched Beam Interaction with the Hybrid Modes in a Multlsectional Ion Linac// IEEE Trans." on. Nuçl.. Sci. 1985. NS-32, No 5. P. 23682370.

39.- Esin S.K.,' Iijinov A.S., Ostroumov P.N. et al. Development of a Radioactive Nuclides Accelerator at the MMF// Bulletin of the American Physical Society.' Abstracts of thé ■ 1991 PAC. V.36, No.5. 1991. P. 1646.

10. Андреев B.A., Бомко B.A., Вялов Г.Н. и др. Разработка ускорителя радиоактивных нуклидов на Московской мезонной фабрике//

Течипы док ладом XII Псесоюз. сем. по лип. уск. зар. часг. -Харьков,- 1991. С. 2.

41. tsin S.К., lljinov A.S., Ostroumov P.N. et al. Development of a

Radioactive Nuclides Accelerator at the MMF// Proceedings of

tiie Inter. Conf. on Radioactive Beams, August 19-21, Louvain-la Neuve, Belgium, 1991. 100.

Отпечатано на ротапринте методом прямого репродуцирования с оргинала,

представленного автором Ф-т 60x84/16 Уч.-изд.л. 1,78 Заказ 18469 Тираж 100 экз.

Издательский отдел Института ядерных исследований РАН 113152, Москва, Загородное шоссе, д. 10. корп. 9.