Исследование и сооружение ускоряющей системы сильноточного линейного ускорителя ионов водорода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ
|
Кравчук, Леонид Владимирович
АВТОР
|
||||
|
доктора технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1993
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.20
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
РГ6 од
3 1 ЯНВ 1994российская академия наук
институт ядерных исследований
На правах рукописи КРАВЧУК Леонид Владимирович
ИССЛЕДОВАНИЕ И СООРУЖЕНИЕ УСКОРЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ СИЛЬНОТОЧНОГО ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ ВОДОРОДА
01.04.20 - физика, пучков заряженных' частиц и ускорительная техника
Диссертация в^форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук
Москва - 1993
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
На правах рукописи
КРАВЧУК Леонид Владимирович
ИССЛЕДОВАНИЕ И СООРУЖЕНИЕ УСКОРЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ СИЛЬНОТОЧНОГО ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ИОНОВ ВОДОРОДА
01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника ,
Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук
Автор
Москва - 1993
J
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ...........................5
2. УСКОРЯЮЩИЕ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ ИОНОВ ВОДОРОДА...................................................13
2.1. Построение ускоряющей системы ЛУ ................13
2.2. Ускоряющая система ЛУ ММФ.......................24
3. ПРИБОРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ. УСКОРЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ..............................31
3.1.Разработка измерительно-вычислительного комплекса.31
3.2. Обработка' результатов измерений..................36
3.3. Анализ погрешностей измерений....................38
4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСКОРЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ОСНОВНОЙ ' ЧАСТИ ЛУ ММФ.............................................43
4.1. Конструкция ускорящих резонаторов ЛУ ММФ.........43
4.2. Влияние погрешностей изготовления на радиотехнические параметры ускоряющей структуры СЩД.............48
4.3. Технологический процесс изготовления и монтажа ускоряющих секций ЛУ ММФ..............................53
5. НЕРАБОЧИЕ КОЛЕБАНИЯ В УСКОРЯЮЩИХ РЕЗОНАТОРАХ ОСНОВНОЙ ЧАСТИ ЛУ ММФ............................................61
5.1. Способы смещения нерабочих колебаний по частоте..61
5.2. Поперечная неустойчивость пучка в многорезонаторном ускорителе............................................бб
6. РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА УСКОРЯЮЩИХ СЕКЦИЙ СЩД.-.......71
6.1.Методика радиотехнической настройки структуры СЩД.73
6.2. Результаты настройки ускоряющих секций ЛУ ММФ____78
7. РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА УСКОРЯЮЩИХ РЕЗОНАТОРОВ ОСНОВНОЙ ЧАСТИ ЛУ ММФ...........................................82
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность проблемы. Области возможного применения линейных ускорителей (ЛУ) ионов водорода на энергию от нескольких сотен МэВ до 1+2 ГэВ можно выделить следующим образом.
1. Инжекторы комплексов кольцевых ускорителей, используемых для исследований, по физике высоких энергий. Средний ток отрицательных . ионов водорода Н~ составляет единицы-десятки ,мкА. Крупнейшими из таких машин являются: ЛУ Лаборатории Ферми ИШ. (США) - 200 МэВ, 16 мкЛ (в настоящее время осуществляется пуск модернизированного ускорителя до энергии 400 МэВ) /1/ и ЛУ Лаборатории Сверхпроводящего Суперколлайдера SSC (США) - 600 МэВ, 2,5 мк4 - в стадии сооружения /2/.
2. Установки для проведения фундаментальных и прикладных исследований в области ядерной физики средних энергий - так называемые "мезонные фабрики". Среда основных направлений проводимых здесь работ можно выделить следующие: поиск фундаментальных взаимодействий с нарушением барионного, лептонного и мюонного квантовых чисел, проблемы квантовой хромо динамики, ■ структура ядра и мезоядерные взаимодействия, физика твердого тела, нейтронная физика и др. /з/.
Средний ток ионов водорода, ускоряемых в ЛУ мезонных фабрик, составляет сотни мк4. В мире в настоящее время действуют два ускорителя такого типа: ЛУ Лос-Аламосской мезонной фабрики LAMPF (США) с энергией 800 МэВ и средним током I мЛ /4/ и ЛУ Московской мезонной фабрики (ММФ) на энергию 600 МэВ и проектный средний ток 500 мк4 /5/, который
/13/. Импульсные источники нейтронов представляют собой самостоятельные уникальные установки для проведения научных
I
исследований по физике конденсированных сред, имеющие ряд преимуществ -перед реакторами, прежде, всего с точки зрения экологии и безопасности проведения работ /14,15/. Основой всех этих установок будут большие линейные ускорители протонов с энергией 1+2 ГэВ и средним током 30+300 лА.
Несмотря на широкий диапазон значений среднего тока ускоряемых ионов, ускорители для всех указанных выше применений имеют ряд общих требований, а именно:
- минимально возможную стоимость сооружения;
- минимальную стоимость эксплуатационнных расходов, прежде всего высокую эффективность использования электрической и ВЧ мощности;
- высокую надежность работы;
- небольшую остаточную радиоактивность, т.е. минимально
возможные потери частиц в процессе ускорения, что имеет большое значение для ускорителей мезонних фабрик ч и, пожалуй, первостепенное значение для сильноточных ЛУ следующих поколений.
Наряду с общностью требований, практически одинаковой является и принципиальная схема ускорителя, состоящая, как правило из трех частей:
1) ускоряющая структура с пространственно-однородной-квадрупольной фокусировкой до энергии ~ з МэВ,
2) ускоряющая структура с трубками дрейфа до энергии ~ 100 МэВ,
3) ускоряющая структура на основе связанных резонаторов, работающая на частоте, кратной частоте начальной части
круга исследований. Работы велись во взаимодействии с авторами проекта 'по следующим основным направлениям:
- разработка методик радиотехнической настройки ускоряющих секций и резонаторов;
- разработка технологического процесса изготовления СЩД;
- разработка методики тренировки резонаторов на высоком уровне ВЧ мощности, исследование мультипакторного разряда в ускоряющей системе;
- исследование влияния погрешностей разного рода на стабильность распределения ускоряющего поля;
- исследование нерабочих колебаний в СЩД, разработка способов подавления - их влияния и исследование поперечной неустойчивости пучка в многорезонаторном ускорителе;
разработка приборного и программного обеспечения экспериментальных' исследований и сооружения ускоряющей системы'.
Цель работы. Выполненный комплекс исследований, включающий в себя изучение характеристик ускоряющих структур, разработку приборного и программного обеспечения радиотехнических- измерений, разработку технологии изготовления и методик радиотехнической настройки ускоряющих секций и резонаторов, разработку методики тренировки резонаторов на высоком уровне ВЧ мощности, исследование нерабочих колебаний и поперечной неустойчивости пучка в многосекционном ускорителе, исследование развития разрядов в ускоряющих резонаторах, направлен на создание базовых научных и технических решений для разработки и сооружения ускоряющих систем линейных ускорителей нового поколения - сильноточных ЛУ ионов водорода на энергию ~ 1 ГэВ.
работы результаты необходимы для развития нового научного направления - проектирования и создания сильноточных линейных ускорителей ионов водорода - возбудителей высокоинтенсивных нейтронных источников.
Диссертация является законченным научным исследованием, •результаты которого - сооружение ускоряющей системы на энергию 600 МэВ и физический пуск ускорителя до энергии 423 МэВ-легли в . основу решения крупной народно-хозяйственной задачи по сооружению, пуску и вводу в научную эксплуатацию сильноточного линейного ускорителя ионов водорода Московской мезонной фабрики.
На защиту выносятся: ■ 1. Методика и результаты радиотехнической настройки ускоряющих секций ЛУ ММФ.
2. Методика и результаты радиотехнической настройки -четырехсекционных ускоряющих резонаторов ЛУ ММФ.
3. Результаты исследования влияния погрешностей изготовления ускоряющей структуры с шайбами и диафрагмами на ее радиотехнические параметры; результаты исследования стабильности распределения ускоряющего поля в ускоряющих системах; результаты разработки технологического процесса изготовления ускоряющих секций и резонаторов СЩЦ.
4. Результаты исследований нерабочих колебаний в СЩЦ, способы смещения нерабочих колебаний по частоте, результаты исследования поперечной неустойчивости пучка из-за взаимодействия с нерабочими колебаниями в ЛУ ММФ.
5. Методика и результаты тренировки ускоряющих резонаторов на высоком уровне ВЧ мощности, результаты исследования мультипакторного . разряда ,, в ускоряющих
и
2. УСКОРЯЮЩИЕ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ ИОНОВ ВОДОРОДА.
2.1. Построение ускоряющей системы ЛУ.
Обобщенная структурная схема ускоряющей" системы сильноточного линейного ускорителя ионов водорода на энергию ~ 1+2 ГэВ, в основу разработки которой положены высокая экономичность, эксплуатационная надежность и минимальный уровень потерь частиц ( ~ I нА/л для энергии ЛУ 1 ГэВ /20/), представлена на рис.1.
тд
Инжектор ПОКч>
+г>
~50кэВ -ЗПэВ
СР
п Гр
П1 III III III III III
(2п I 1) Гр
-Ц-7ГЫI
" 100ПэВ
Рис.1. Структурная схема ускорящей системы ЛУ ионов водорода.
ПОКФ - структура с пространственно-однородной квадру-польной фокусировкой, ТД - структура с трубками дрейфа, СР структура на основе связанных резонаторов, / - рабочая частота.
Применение ускоряющей структуры с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой ПОКФ, предложенной В.В.Владимирским, И.М.Капчинским, В.А.Тепляковым, и "впервые описанной в работе /21/, позволяет использовать сравнительно
установлен от 75 МГц до 400 МГц, а рабочее значение частоты определяется конкретными требованиями и возможностями разработчика.
Общепризнанной ускоряющей структурой для части сильноточного ЛУ ионов водорода до энергий » 100 МэВ является структура с трубками дрейфа (СТД) или по имени создателя -резонатор Альвареца. СТД имеет высокую эксплуатационную надежность, достигнутую в результате многолетних исследований и усовершенствований в большом числе действующих ЛУ. При энергии инжекции « з МэВ пропускная способность СТД обеспечивает сохранение необходимого предельного значения тока пучка уже при частоте, равной 2/р.Перезахват частиц в режим ускорения может быть осуществлен практически без потерь. Для снижения активных потерь ВЧ мощности, т.е. удельного рассеяния тепла, среднее ускоряющее поле или темп ускорения можно выбрать достаточно невысоким.
Установка в трубках дрейфа линз на постоянных магнитах вместо обычно используемых электромагнитных линз упрощает фокусирующую систему ЛУ. При этом решаются такие задачи, как упрощение конструкции трубки дрейфа, исключение системы стабильного питания линз, и, что особенно важно для сильноточных ЛУ, обеспечение достаточно большого времени жизни машины.
Конструктивно резонаторы СТД практически одинаковы во всех известных ЛУ. Разница состоит главным образом в количестве и месте расположения стержней, вводимых в структуру для стабилизации распределения ускоряющего поля. Так в резонаторах ЛУ №аь и Ьамрр стержни устанавливают в плоскости, проходящей через ось перпендикулярно штангам
где Е - средняя по длине резонатора амплитуда продольной составляющей электрического поля, Р(- потери ВЧ мощности на единице длины,Г - коэффициент пролетного времени, и коэффициент связи
2 2
Ксв=~1—Г"' (2)
где Г. и Г - частота видов колебаний со сдвигом фазы на ж о
ячейку'х и 0 соответственно /25/.
Следует отметить, что выражение (2) является строгим лишь для монопериодических структур со связью одного типа (электрической либо магнитной). Для билериодических структур таким определением можно пользоваться, когда связи через ячейку близки к нулю. Так, как для С11Щ это несправедливо, наиболее корректным параметром для сравнения структур по стабильности распределения ускоряющего поля является групповая скорость ргр/ба/.
Рассмотрим коротко некоторые из билериодических структур СР, нашедшие практическое применение (рис.2).
Первой такой структурой, имеющей в настоящее время наибольшее распространение, является разработанная для высокоэнергетической части ШЕРГ (?00+800 МэВ) структура с боковыми резонаторами связи БРС /26/ (рис.2а). Структура представляет собой цепочку ячеек, связанных по магнитному полю, и работающих на виде колебаний, обеспечивающем знакопеременное поле в соседних ускоряющих ячейках. Эти ячейки являются тороидальными резонаторами длиной (ЗА./2 (А,-длина волны колебания рабочего вида) с оптимизированной по шунтовому сопротивлению П - образной формой. Связь каждой
Структура с кольцевыми резонаторами связи КРС (рис.26) была разработана в МРТИ /27/ как вариант основной части ЛУ ММФ и затем получила свое развитие в ЛУ для JHP /28/. Здесь связь между ускоряющей и кольцевой ячейками осуществляется через окна, расположенные равномерно по окружности и смещенные по азимуту относительно окон в смежных ускоряющих ячейках. Азимутальная асимметрия ускоряющего поля', представляющая серьезную проблему для сильноточных ЛУ, имеет здесь незначительную аксиальную составляющую вблизи оси, в отличие от дипольной составляющей в структуре с БРС. Наряду со структурами, имеющими внешние ячейки связи, разработан ряд структур с внутренними ячейками связи, расположенными на оси ускорителя СО /29/. Это бипериодические цепочки ячеек, связь между которыми осуществляется по электрическому (рис.2в) /30/ или магнитному полю (рис.гг) /31/, включая и структуру с коаксиальными ячейками.связи КС (рис.2д) /32/.
В.Г.Андреевым была предложена ускоряющая структура; сочетающая в себе наибольшую величину коэффициента связи, работу на виде колебаний эквивалентном x/2-виду в цепочке связанных контуров, обеспечивающем знакопеременное поле в соседних ускоряющих/зазорах, и большое значение эффективного шунтового сопротивления /16/. Эта структура СЩЦ, представляет собой цилиндрический объемный резонатор (рис.з),нагруженный шайбами с короткими трубками дрейфа конической формы, между которыми расположены диафрагмы /зз/.
В: отличие от всех структур СР, возбуждаемых на Е0( тине колебаний СЩЦ использует в качестве ускоряющего высший тип колебания, подобный EQ2. Это создает некоторую проблему, в связи с наличием в области рабочей частоты колебаний
0,54__-Д.
0 /2
Рис.4. Дисперсионные характеристики первой (N1, р = ; 0,43) и последней {N108, р = 0,78) ускоряющих севдй
ЛУ ММФ.
Исследования, проведенные нами методом связанных контуров, показывают, что в модели-, адекватно описывающей структуру с такой дисперсионной характеристикой, коэффициент связи между контурами (ячейками) связи сравним с коэффициентом прямой связи между ускоряющей ячейкой и ячейкой связи, тогда как для всех других структур СР он пренебрежимо мал /7а/. Расчет структуры с помощью программы- БиРЕВДЧВН показал, что электромагнитное поле крайних точек дисперсионной характеристики соответствует Е01 типу • в
Таблица 1
Ускоряющая структура БРС КРС СЩЦ СО- КС
Эффективное шунтовое сопротив. 0,9 0,8 1 ,0 0,7 0,7
Коэффициент связи-, % 5 15 40 10 15
Технологичность 0,5 0,6 0,9 1,0 0,7
Трудоемкость настройки 0,5 0,8 0,1 1,0 1,0
Вакуумная проводимость 0,5 0,4 1,0 0,3 0,2
Нерабочие колебания на рабочей частоте нет - есть есть нет нет
Азимутальная несимметрия поля есть нет нет есть есть
Сдвиг"фазы ВЧ мощности 1 ,о 0,2 0,02 0,3 0,2
МОм/м^ /39/. Значения коэффициента связи приведены в
соответствуй с формулой (2), хотя для СЩЦ эти значения,
меняющиёся для разных р от 364 до 52% не совсем корректны.
Величина групповой скорости для СЩЦ составляет (Згр=
0,13+0,33 /13а/. Величины сдвига фазы ВЧ мощности приведены
также нормированными на полосу запирания и рабочую частоту;
для оценки: при б/ = 100 кГц и /= 805 МГц в структуре БРС Лф
составляет о, б? Параметры, дающие оценки трудоемкости,.
приведены в относительных единицах. Видно, что СЩЦ по ряду
параметров имеет неоспоримое преимущество. Это прежде всего
большой коэффициент связи и вытекающие отсюда последствия,
связанные с минимальной чувствительностью распределения
ускоряющего поля .к различного рода возущениям, а также
высокая вакуумная проводимость, что особенно важно для
ускорения ионов Н7
По результатам проведенного нами анализа можно сделать
вывод, совпадающий с мнением ряда авторов [40,41,42]-, что
оптимальной ускоряющей структурой для высокоэнергетической
части сильноточного ЛУ ионов водорода является структура с
23
р
750кэВ,
I I
' + >?50кэВ
I I ■ 1
Н
20Г1эВ "}9Г1эВ ?5ПэЗ 91МэВ
198,2 Г!Гц 70м
991 ПГц 350м
600МэВ ->
Рис.5. Схема ускоряющей системы лшейного ускорителя
Московской мезониой фабрики. РГ- резонатор-грухширователь, РС- согласующий резонатор, К СШД- структура с шайбами и диафрагмами.
В настоящее время проведены предварительные исследования на макете резонатора, разработана конструкторская документация, завершается изготовление. Корпус резонатора изготавливается из триме т'алла, а электроды - из бескислородной меди.
Разработка и изготовление второго резонатора с ПОКФ, предназначенного для ускорения поляризованных протонов от 25 кэВ до 750 кэВ, завершены в настоящее время в ШИ РАН. Проводится радиотехническая настройка и подготовка к испытаниям на высоком уровне ВЧ-мощности.
Нами разработана схема ВЧ-питания двух указанных резонаторов от одного канала усиления с частотой 198,2 МГц.
В основу разработки ускоряющих резонаторов с трубками дрейфа начальной части НЧ ЛУ ММФ положен опыт, приобретенный' в процессе создания ускорителей И-2 и И-юо /19/. Технология изготовления корпуса резонатора методом диффузионной, сварки триметалла - бескислородная медь толщиной 4 мм, углеродистая сталь 15 мм и снаружи нержавеющая сталь з. мм - описана в работе /45/. Технология изготовления трубок дрейфа и процедура магнитной калибровки расположенных внутри трубок электромагнитных линз описаны в ряде работ, например, /15а,46/.
Жесткие требования к параметрам ускорямце-фокусирующего канала в ЛУ ММФ обусловили разработку методик юстировки резонаторов и трубок дрейфа, радиотехнической настройки и тренировки на высоком уровне ВЧ мощности. Процедура наладки резонаторов состоит из следующих основных этапов /1ба,17а/: - магнитная и геометрическая калибровка трубок и полутрубок дрейфа;
Таблица 2
N резонатора 1 2 3 4 5
Длина, м 16,81 16,11 15,63 13,22 6,4
Число ускоряющих периодов 88 41 30 22 10
Среднее по резонатору ускоряющее поле, МВ/м 1,9 2,26 2,26 2,26 2,5
Энергия На выходе . резонатора, МэВ 20,45 49,00 74,45 94,41 100
Число стационарных элементов настройки 8 7, , 5 4 3
Число ручных и комбинированных элементов настройки 17 16 16 13 6
Число стабилизирующих стержней 11 11 10 8 -
Число стержней для подавления Н-коле-баний 1 - 1 . 1 -
Компенсация возмущений достигается при выполнении двух условий:
а) частоты соседних колебаний должны быть симметричны относительно рабочей частоты;
б) распределения полей соседних колебаний должны быть одинаковы по амплитуде и форме /48, 19а/.
В результате исследований была разработана следующая процедура стабилизации распределения ускоряющего поля /17а,18а/:
1. Каждый стержень вводится в резонатор индивидуально. Определяются • длины стержней, соответствующие одному значению частоты.
Поскольку подробное описание методик и результатов наладки ускоряющей .системы начальной части ЛУ ММФ приведено в работах /49,50/, основное внимание в данном докладе уделено вопросам исследования, сооружения и наладки высокоэнергетической (100+600 МзВ) части ЛУ ММФ.
3. ПРИБОРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УСКОРЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ
3.1. Разработка измерительно-вычислительного комплекса.
Экспериментальные исследования и настройка многорезонаторного ЛУ требуют проведения большого количества радиотехнических измерений, включающих в себя измерения резонансных частот и распределения напряженности поля в ускоряющих зазорах. Прямые измерения частот позволяют вести настройку частоты рабочего вида колебаний и полосы запирания, исследовать дисперсионные • свойства ускоряющей структуры. В результате обработки измерений распределения ускоряющего поля по длине вычисляются такие параметры, как наклон и среднеквадратическая неравномерность поля, а также параметры, определяющие эффективность использования ВЧ мощности -добротность 0 и эффективное шунтовое сопротивление
Измерительно-вычислительный комплекс ИВК, который для
оперативности должен осуществлять наиболее трудоемкие
измерения и выдачу информации в автоматическом режиме,
представляет собой сложное функциональное устройство. Для
обеспечения универсальности и точности измерений, минимизации
количества аппаратуры и надежности работы становится важным
выбор структурной схемы проведения измерений. Наиболее
сложными и трудоемкими являются измерения распределения
31
сигналов с выхода частотомера 43-54 поступают на входной регистр в стандарте КАМАК и затем на ЭВМ (типа СМ-4), где осуществляется обработка измерений и выдача необходимой информации /24а/.
С помощью ИВК-1 были проведены радиотехническая настройка 110 ускоряющих секций и большое количество экспериментов по исследованию структуры СЩЦ. Комплекс находился в непрерывной эксплуатации четыре года и значительно способствовал успешному завершению изготовления и настройки ускоряющих секций основной части 04 ЛУ ММФ /9а/.
Работа по настройке четырехсекционых резонаторов 04 ЛУ ММФ непосредствен«) в тоннеле ускорителя выявила ряд недостатков ИВК-1 и предъявила новые требования:
1. Узкий частотный диапазон комплекса не позволял надежно измерять рапределение поля на нерабочих видах колебаний, что чрезвычайно важно при работе по стабилизации ускоряющего поля в 'резонаторе.
2. -Измерительная часть комплекса, изготовленная в лабораторных условиях, оказалась недостаточно надежной при работе не на стенде, а в "полевых" условиях.
3. Вследствие зависимости распределения ноля в резонаторе от частоты возбуждения, необходимо слежение точно на рабочей резонансной частоте.
4. Необходимость транспортировки ИВК на большие расстояния вдоль ускорителя сделала работу с удаленной ЭВМ неприемлемой. По этой же причине существенным стал вопрос о массе и габаритах комплекса.
Результатом работы над возникшими задачами явилось создание нового комплекса ИВК-2, который при сохранении
вес и габариты блока управления частотой генератора с •одновременным повышением стабильности. Прибор работает следующим образом. СВЧ сигнал с возбуждающего генератора поступает через НО в резонатор. С НО ответвляется сигнал, поступающий через ФВ и А (ослабление -6 дБ для выравнивания мощностей) на первый вход ФД. На второй вход ФД СВЧ сигнал поступает с резонатора. Выхода ФД подключены на дифференциальный вход усилителя У, с которого усиленный разностный сигнал подается на вход управления частотной модуляции ЧМ возбуждающего генератора. При изменении частоты-возбуждения генератора величина поля в резонаторе контролируется , с помощью детектора Д и мультиметра М и выбирается нужная точка АЧХ (обычно на вершине). Регулируя ФВ, устанавливается равенство фаз падающей и проходящей волн, после чего включается обратная связь и происходит захват на соответствующей частоте. Захват в режим слежения производится без затруднений на любой частоте в диапазоне 991 ¥ 50 МГц, что полностью перекрывает спектр частот колебаний четыр'ехсекционного. резонатора.
В вычислительной части комплекса ЭВМ СМ-4 заменена на персональный компьютер, который вместе с соответствующим периферийным оборудованием расположен в транспортируемой стойке. Комплекс был успешно использован при настройке в тоннеле ускорителя ускоряющей системы 04 ЛУ ММф /юа/.
- Собственная стабильность (10~4) "слежения за резонансной частотой как минимум на порядок выше требуемой для измерения параметров, характеризующих равномерность распределения ускоряющего поля в резонаторе. Следует отметить, что на аналогичном принципе в ИЯИ РАН разработан и построен ИВК,
момент нахождения возмущающего тела в середине предыдущей по ходу перемещения трубки дрейфа.
Последовательность обработки массива данных следующая /2ба/:
1. Для ускоряющих секций с р < 0,7 по значениям В{ распределение В(2) по зазору аппроксимируется полиномом второй степени, и находится наибольшее значение Ej у-номер зазора). Число точек, находящихся в области квадратичное™ распределения Е(г) по зазору, то которым' производится аппроксимация, составляет минимум три. Для секций с р > 0,7 за Е^ принимается наибольшее значение Е{ в зазоре /27а/.
2. Определяется среднее по резонатору значение Ej в центрах ускоряющих зазоров:
N №
где N - число ускоряющих зазоров..
3. Определяется регулярное изменение значений по длине резонатора - наклон поля Ен по прямой, проведенной через Ej методом наименьших квадратов:
гк =
ей.. + Ъ н - 1
•100%, (7)
Ь
где - координата центра последнего полного зазора (при равных по длине зазорах можно положить г = Ы); а и Ь -коэффициенты прямой.
4. Определяется среднеквадратичеекая неравномерность поля
----
<Е> = У — У Г Е./Е, -1 }2 ■100% , (8)
5. Определяется среднеквадратичеекая неравномерность поля без
37
систематические погрешности косвенных измерений или методики обработки результатов прямых измерений.
Основное внимание уделим погрешностям измерений характеристик ускоряющего поля. Сравнение ' аналитических и экспериментальных оценок случайных погрешностей позволяет определить слабые места и пути усовершенствования ИВК.' В качестве оценок используем стандартные отклонения о. Аналитически возможно . определение ос> связанного с нестабильностью устройства слежения ИВК. Погрешность ад, определенная экспериментально, зависит от всех возможных случайных ошибок измерений. При условии, что все ошибки независимы
а! = асг+0/ (12)
где а - ошибка механической части ИВК либо условий измерений.
Погрешность измерения рабочей частоты резонатора с помощью ИВК-1 определена экспериментально для одной из секций 04 ЛУ ММФ. Стандартное отклонение измерений, определяемое нестабильностью следящего устройства, составило
/ 1 к • _
а7 = У- ^ [ / - 4 ]2 = 0,008 кГц , (13)
где К=20; к=1,К; /к -к-ое измерение частоты; / - среднее значение резонансной частоты. Интервал, в котором окажется 95% результатов измерения частоты, равен /■ = / ± 2а^ / ± 0,02 кГц.
Если считать, что результаты измерений частот /,. /2>•••• независимы и подчиняются нормальному, закону распределения, то значения косвенных измерений д (/;, /2,..., /. ) также распределены нормально со стандартным отклонением
Таблица з
Параметр Значение параметра экспер. аналитич.
Ej /Е 1 ,015 1,5 -10"3 3- ТО"4
ЕН, % 10,3 0,1 0,02
<Ен> , % 0,51 0,03 0,007
<Е> , % 3,03 -0,03 : 0,007
Rui/Q, МОм/м 1 -ю-3. 4,7 -Ю-6 -
Q 2¿5 -10~4 7,2 -102 5,6- Ю2
процессе настройки ускоряющих секций и резонаторов важно учитывать влияние температуры и влажности, особенно при работе в тоннеле ускорителя. Пересчет на рабочую температуру (25°С для ЛУ ММФ) осуществляется в соответствии с выражением для изменения рабочей частоты при равномерном нагреве ускоряющего резонатора
df/dT=-fpэе, (20)
где эе - коэффициент линейного расширения меди.
В ЛУ ММФ для резонаторов СТД величина clf/ciT составляет ~ 3,5 кГц/град, для С11Щ ~ 16 кГц/град. При номинальном уровне мощности в резонаторе 04 ЛУ ММФ, (средняя мощность потерь в меди - 22-27 кВт) изменение рабочей частоты составляет ~ 100 кГц /28а,29а/.
Настройка резонаторов ЛУ ММФ в тоннеле ускорителя' при сильных перепадах температуры и влажности не позволила ввести некую постоянную поправку на значение рабочей частоты при переходе от воздуха к вакууму. Относительная диэлектрическая постоянная смеси водяного пара и воздуха определяется по формуле:
Р —б
е = 1 л Г211 10159/Т - 0,г9з]1 возд ■ 10 , (21)
величина этой погрешности для И = 24 и г... = 4 мм (в крайних
ш -4
зазорах структуры СЩЦ) составляет ~ 3-10 , т.е. лежит в пределах стандартного отклонения случайной погрешности о„ = 1,5-10~.
4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСКОРЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ОСНОВНОЙ
> ЧАСТИ ЛУ ММФ.
/)
4.1. Конструкция ускоряющих резонаторов ЛУ ММФ.
Переход в основной части ускорителя к ускоряющей структуре с более короткой длиной волны (кратность частот в ЛУ ММФ равна пяти) привел к уменьшению размеров структуры и, соответственно, трубок дрейфа. Вследствие того, что объем внутри трубок дрейфа недостаточен для размещения фокусирующих линз, последние вынесены за пределы ускоряющей структуры, которая делится на 108 отдельных ускоряющих секций.
с
ВЧ питание каждой секции от своего генератора приводит к снижению надежности и удорожанию ускорителя. Использование делителя мощности ВЧ генератора требует создания отдельных систем автоматического регулирования фазы и амплитуды для каждой секции. Поэтому целесообразным является об§единение нескольких секций в единую резонаторную систему с помощью ВЧ устройств. При этом число секций не должно быть слишком большим для обеспечения максимальной стабильности ускоряющего поля и минимального влияния переходных процессов.
Приведенные соображения определили следующую схему построения ускоряющего резонатора 04 ЛУ ММФ (рис.7) /5,19/.
+ 5,5) Л ( Л- длина волны в волноводе, п = 9 + 11), обеспечивает сдвиг фазы поля в крайних отсеках связываемых секций равный %. Связь с ускоряющей секцией осуществляется по магнитному полю через окно в днище секции. Конструкция соединения' мостового устройства с секцией путем использования мембран и сильфонов позволяет изменять электрическую длину моста. Дополнительная возможность изменения электрической длины обеспечена наличием двух цилиндрических плунжеров, расположенных симметрично относительно середины моста. Технология изготовления мостового устройства посредством сварки отдельных отрезков медного волновода достаточна проста, а получающиеся точности ~ 2-з мм вполне достаточны, учитывая возможности изменения электрической длины.
Исследованное нами коаксиальное устройство связи ускоряющих секций /зза/ обеспечивает большее частотное разделение боковых колебаний по сравнению с описанными выше мостами. Однако, наряду с технологическими сложностями, такое устройство обеспечивает связь коле.баний как рабочего, так и нерабочих типов, что крайне нежелательно для сильноточного ЛУ.
В основу конструкции ускоряющей секции, разработанной в МРТИ, положена сборка структуры из отдельных однотипных модулей, каждый из которых включает в себя отрезок цилиндра с диафрагмой и проводящей шайбой (рис.з). На рис.8а даны обозначения размеров модуля, на рис. 86 показан внешний вид модуля. Разъемы между модулями приходятся на узлы ВЧ тока, и поэтому качество контакта между, модулями оказывает слабое влияние на результаты радиотехнических измерений. Шайба крепится к диафрагме при помощи трёх Ь-образных штанг,
расположенных через 12СР. Поскольку основная доля потерь ВЧ мощности приходится на шайбы (85% при ¡3 = о,4Э и 54% при р. = 0,99), требуется йх принудительное охлаждение. С этой целью две штанги имеют внутри отверстия, через которые осуществляется ввод-вывод охлаждающей воды, циркулирующей по кольцевому каналу охлаждения, расположенному внутри шайбы на радиусе установки штанг. В некоторых разработках ускоряющей системы на основе структуры СЩЦ проведены исследования штанг другой формы, например, радиальных, Т и 7 - образных /57,58/. Цель этих исследований - улучшение технологичности, получение равномерного распределения ускоряющего поля по длине структуры, смещение по частоте и понижение добротности колебаний нерабочего типа. Наши исследования различных типов штанг и опыт работы позволяют сделать вывод, что модульная конструкция с 1-образными штангами крепления шайб является оптимальным решением о точки зрения выравнивания' распределения ускоряющего поля и технологичности, однако, количество штанг в модуле оптимизированной структуры может быть равно двум.
В пределах одной ускоряющей секции размеры модулей одинаковы и выбраны таким образом, что в середине секции фазовая скорость равна скорости синхронной частицы. Секции ускоряющей системы ЛУ, ММФ содержат от 18 до 27 модулей, спаянных кольцевыми швами между собой и конструктивно объединенных в два (резонаторы И 1 +5) или три (резонаторы Ш 6 + 27) блока модулей. Блоки модулей соединены между собой разъемным фланцевым соединением из нержавеющей стали. С торцов секция закрыта днищами, имеющими окна связи с мостовыми устройствами. Диаметр модулей от 450 до 400 мм,
структурой, выводы о стабильности параметров, полученные для бипериодических структур, справедливы для нее лишь качественно.,
В структуре СЩЦ в отличие от известных структур СР нельзя четко разделить ускоряющую ячейку и ячейку связи. Структуру можно представить . в виде последовательности отдельных, перекрывающих друг друга отсеков, настраиваемых на одну частоту. В случае ' граничных условий, показанных на рис.9а, в структуре возбуждается ускоряющая мода, а в случае рис.96 - мода связи. Назовем соответственно первый отсек ускоряющим, второй отсеком связи. Известно, что величина средаеквадратической неравномерности поля в бипериодических структурах равна /60,61/:
ч <Е> = У <Е>*+ <Е>2 , (22)
где <й>/ и <Е>к - неравномерности поля, вызываемые соответственно отклонениями частот ячеек и коэффициентов связи между ними. В свою очередь
где К - коэффициент связи; а^, среднеквадратические
отклонения частот ускоряющей ячейки и ячейки связи; б/ -полоса запирания. Аналитический расчет <Е> для структуры С!1Щ чрезвычайно громоздок и. сложен, и, как показывает сравнение наших экспериментальных данных с расчетами по формулам работы /60/, дает различие на порядок /34а/. Прежде чем приступить к экспериментальным исследованиям <Е> определим значения а^ и ст/о для- различных классов точности изготовления. Среднеквадратическое значение частоты определяется как
{
где С{ = Д//Дх{ - коэффициент влияния I - размера модуля на частоту;
V а{
а. = —-- - стандартное отклонение, определяемое из
г 6 •
условия, что все размеры распределены по нормальному закону с центром группирование в середине поля допуска (а{ ,Ь{ -верхнее и нижнее предельные отклонения).
Коэффициент^ влияния для ускоряющих секций ЛУ ММФ, определенные расчетным путем и потвержденные экспериментально, приведены в работе /35а/. ' В качестве ' исходной геометрии структуры были взяты данные /62/. Величины а... и а. для. трех классов . точности изготовления модулей
7у То
секций ЛУ ММФ с различными фазовыми скоростями представлены в работе /36а/. В качестве примера отклонения частот для первой секции ЛУ ММФ ( (3 = 0,4313) приведены в таблице 4. Основной вклад в а/у вносят отклонения диаметра шайбы, радиуса скругления трубки дрейфа, радиуса округления шайбы и длины трубки дрейфа. Величина зависит ' в основном от отклонений диаметра- диафрагмы и внутреннего диаметра резонатора.
Поскольку как видно из (23) распределение ускоряющего поля по длине секции 'зависит в основном от а^ критерием выбора класса точности изготовления модулей служит допустимая величина а^, определяемая требованиями к равномерности распределения поля. Верхние значения доверительного интервала {кГц) (коэф.доверия 0,999; число модулей 20) для различных классов точности в начале и в конце ускоряющей системы ЛУ ММФ, определенные в работе /зба/, приведены в
51
■ N . :
классу точности /34а,3ба/.
Результаты исследований подтверждают высокую стабильность распределения ускоряющего поля в структуре СЩЦ, и позволяют сделать вывод о возможности изготовления модулей на обычном промышленном оборудовании, с точностью, приемлемой для серийного машиностроительного производства '(4-5 класс точности, квалитеты Н11-Н13).
Следует отметить, что в процессе изготовления ускоряющих секций ЛУ ММФ не был отбракован ни один модуль (из приблизительно 2600), даже из имеющих существенные отклонения радиальных размеров, поскольку в процессе настройки секции удавалось удовлетворить заданным требованиям.
4.3. Технологический процесс изготовления и монтажа
ускоряющих секций ЛУ ММФ. Организация технологического процесса потребовала создания в ИЯИ РАН специализированного участка изготовления резонаторов, включающего в себя станочное отделение (три токарных, два фрезерных и два расточных станка), отделение радиотехнической настройки с двумя стендами и отделение прецизионной сборки и пайки в водородных печах. Расчеты динамики пучка определили следующие наиболее жесткие конструктивные требования /19/:
- несоосность апертурных отверстий не более - 50 шл по всей длине секции;
- допуск на длину модуля ± 20 мы-,
- допуск на длину ускоряющего зазора между трубками дрейфа ± 50 лаем.
Требования устойчивой работы на высоком уровне мощности
превышало 15 микрон, торцевое - не более 20 микрон по всей поверхности. Внутреннюю поверхность обрабатывали по. 8-му классу шероховатости со среднеквадратичной высотой микронеровностей . 0,63 мкм, а торцы трубок дрейфа, напряженность поля на которых достигает 170 «В/см, - по 9-му классу со среднеквадратичной высотой микронеровностей 0,32 мкм.
В процессе изготовления присоединительных модулей была решена проблема получения надежных вакуумных соединений на диаметрах около 500 мл. Блоки модулей соединялись через медную прокладку с помощью фланцев, один из которых имел уплотнительный зуб, а другой - уплотнительную канавку. В процессе пайки блоков модулей, опытного образца ускоряющей секции были обнаружены недопустимые . отклонения от плоскостности и круглости уплотняющих поверхнсотей до 0,3 мл. Поэтому был разработан специальный процесс обработки присоединительных фланцев, включающий закалку заготовок, предварительную механическую обработку, стабилизирующий ступенчатый отжиг и окончательную механическую обработку. Уплотняющие поверхности' до чистовых размеров обрабатывали после пайки фланцев с модулем. Модуль с припаяными присодинительными фланцами затем паяли в сборе с блоком модулей. Радиальные и торцевые . биения уплотняющих поверхностей фланцев, изготовленных по такой технологии, не превышали после пайки блоков модулей 50 микрон.
Окончательно обработанные и проверенные на соответствие геометрическим размерам и на вакуумную герметичность модули в комплекте с соответствующими днищами направлялись на настройку радиотехнических параметров. После настройки
где D - диаметр сопряжения 'деталей в телескопическом соединении;
а(, аг~ ТКЛР металлов охватывающей и охватываемой детали при температуре пайки, 1/град;
780 = t - t - разница между температурой пайки припоем ПСр-72В с учетом перегрева и температурой сборки,°С.
Знак в формуле (25) выбирается по следующему правилу: если ТКЛР металла охватываемой детали больше, чем ТКЛР металла охватывающей, то к первому слагаемому прибавляется 0,05 ля, если меньше - вычитается.
Точность взаимного расположения осей апертурных отверстий и величину ускоряющего зазора в блоках модулей обеспечивали за счет индивидуальной подгонки сопрягаемых мест на модулях. Величина зазора между паяемыми поверхностями при сборке модулей составляла 0,02 - 0,04 лш.
Температурный режим пайки блока модулей приведен на рис. ю /15а/.
Температурный цикл пайки блока модулей состоит^ из семи частей:
1-нагрев; 2-выравнивание температуры массы (прогрев); з-подъем температуры до точки плайления припоя; 4-пайка; 5-затвердевание припоя; б- совмещенные отжиг и искусственное старение; 7-охлаждение. Время пайки (часть 4) контролируется визуально по припою-свидетелю, устанавливаемому на каждом модуле. Весь технологический цикл пайки, включая продувку азотом и остывание, блока модулей занимает ~ 16 часов.
После пайки блоков модулей их собирают в секцию посредством стягивания фланцевых • соединений, производят окончательные измерения радиотехнических параметров и
Рис.II. Внешний вид ускоряющей секции.
балки. В межсекционных и межрезонаторных промежутках размещаются дублеты и датчики наблюдения за > пучком. Соединение всех узлов ускоряюще-фокусирующего тракта осуществляется с помощью сильфонных узлов ионопровода.
Точности установки оборудования ускоряющей системы следующие /19/: среднеквадратичеекая , ошибка выставления оси апертурных отверстий ускоряющих секций на общую ось резонатора - 0,1 мл\ продольная расстановка смежных, ускоряющих секций - 0,05 ш-, стыковка осей смежных резонаторов - 0,05 мл при среднеквадратическом значении
Результаты установки оборудования ускоряющей системы 04 ЛУ ММФ представлены в /38а/.
Внешний вид ускоряющей системы основной части ЛУ ММФ в тоннеле ускорителя показан на рис.12.
\
5. НЕРАБОЧИЕ КОЛЕБАНИЯ В УСКОРЯЮЩИХ РЕЗОНАТОРАХ ОСНОВНОЙ ЧАСТИ ЛУ ММФ
5.1. Способы смещения нерабочих колебаний по частоте.
При экспериментальных исследованиях СЩЦ впервые автором были обнаружены и изучены нерабочие колебания, возбуждающиеся в полосе частот дисперсионной зависимости колебаний рабочего типа. В моделях некоторых секций основной части ЛУ ММФ ( р = 0,43; 0,6) нерабочие колебания, отличающиеся прежде всего отсутствием продольной составляющей электрического поля на оси структуры, находились в непосредственной близости по частоте к рабочей, что приводило к понижению добротности и смещению частоты рабочего колебания. Поскольку наряду с этим предполагалась возможность взаимодействия с пучком ускоряемых частиц, возникла необходимость удаления нерабочих колебаний по частоте из окрестности колебания рабочего вида.
Прежде чем приступить к решению этой задачи, необходимо было выяснить структуру электромагнитного поля нерабочих колебаний, т.е. идентифицировать их тип, а также исследовать дисперсионные свойства -ускоряющих' секций и резонаторов, возбуждаемых на колебаниях нерабочего типа.
Проведенные нами экспериментальные исследования методом малых возмущений " позволили установить, что нерабочие колебания можно отнести к колебаниям типа Е]} в
требованиям /43а/:
а) не приводить к.заметному увеличению потерь ВЧ мощности и смещению резонансной частоты рабочей волны, а также не искажать азимутальную симметрию ускоряющего поля;
б) быть достаточно простым, чтобы его использование не приводило к существенному усложнению конструкции и технологии изготовления ускоряющей структуры.
Способы смещения нерабочих колебаний по частоте можно разделить на нерезонансные и резонансные /44а/. Нерезонансные способы, предложенные автором, такие как встречные металлические штыри /45а/, встречные кольцевые утолщения, варьирование внутреннего диаметра резонатора по длине структуры, подробно описаны в работе /13а/. Испрльзование одного из таких способов в реальных ускоряющих секциях ока залось достаточно сложным для удаления нерабочих колебаний из заданной полосы частот вследствие большой плотности частот возбуждения нерабочих колебаний.
Указанным выше требованиям удовлетворяют радиальные щели /65/ в проводящих шайбах или диафрагмах. Такие щели эффективны, когда они настроены на резонансную рабочую частоту, т.е. когда их протяженность близка к Л/4 (щель на одном конце-разомкнута). К сожалению размещение таких щелей в СЩЦ осложнено наличием канала охлаждения в шайбе и недостаточной радиальной протяженностью диафрагмы. В связи с этим представляет интерес комбинированная щель сложной формы /бб/, прорезанная в диафрагме и состоящая из радиальной части, которая начинается от внутреннего края диафрагмы, а. затем симметрично разветвляется по азимуту на некотором удалении от цилиндрической стенки резонатора (рис.1з).
возбуждают основное колебание щели, а колебания без вариаций поля за исключением рабочего вида возбуждают синфазное колебание щели. Механизм взаимодействия комбинированной щели с колебаниями рабочего и нерабочего типов подробно описан в работах /13а,43а/.
Ускоряющую секцию, возбуждаемую на нерабочем колебании, и взаимодействующую с ним щель можно рассматривать как двухконтурную колебательную систему. Частота основного колебания щели должна быть на 20 МГц ниже рабочей частоты 991 МГц, величина связи между щелью и секцией должна быть не менее 20%. Для реализации такой ^сильной связи необходимо использовать большое количество щелей, поэтому в модулях ускоряющих секций ЛУ ММФ размещено по три комбинированных щели (рис.86). При расположении азимутальной щели на' расстоянии 20 ш от внутренней цилиндрической стенки обеспечивается как эффективное взаимодействие с нерабочими колебаниями,.так и механическая прочность секции.
Проведенные нами исследования позволили установить оптимальные размеры щели в пределах: 21 а= '( 0,28 + 0,44 ) Л.; 1г > 0,041г+ 1а= (0,23 * 0,26)Х, где А - рабочая длина волны. При этом в.ускоряющих секциях ЛУ ММФ- обеспечены как удаление нерабочих колебаний на ±15 + 25 МГц от рабочей частоты, так и возможность устранения полосы запирания на рабочем колебании /4ба/.
Число щелей в зависимости от конструкции структуры С11Щ может быть увеличено, например, при, двух Ь - образных штангах удобно иметь четыре щели. Способ удаления нерабочих колебаний от рабочей частоты с- помощью комбинированных щелей является -более эффективным для СЩЦ по сравнению с предложением
65
многосекционном ЛУ протонов /47а-49а/. Было показано, что регенеративный механизм развития неустойчивости в протонных ускорителях не проявляется, проведен анализ развития кумулятивной неустойчивости /49а/.
Рассматривался следующий механизм развития поперечной неустойчивости. Пусть ускоритель состоит из большого числа секций длиной Ьс , не связанных по высокой частоте. Пучок представим в виде цепочки точечных заряженных сгустков, движущихся параллельно оси ускорителя с постоянной скоростью (З3с (ускорение отсутствует) и следующих друг за другом, на расстоянии, равном длине волны ускоряющего поля. Для простоты предположим, что в пределах секции пучок не успевает измещть свое положение. Предположим также, что частота колебаний несимметричной волны во всех секциях одинакова. За счет случайного отклонения сгустка от оси ускорителя в одной из секций может возбудиться несимметричная гибридная волна, которая будет воздействовать на другие сгустки, вызывая их поперечное смещение. Каждый последующий сгусток попадает в суммарное поле излучения предыдущих сгустков и поэтому получает большее отклонение. В результате возбуждаемая, им гибридная волна будет иметь большую амплитуду.' По мере увеличения номера сгустка (длительности импульса) -и прохождения секций (увеличения продольной координаты г) происходит усиление начального возмущения в пучке.
Для анализа неустойчивости можно считать, что пучок возбуждает лишь несимметричную гибридную волну типа ЕН); и рассматривать взаимодействие сгустков пучка только с этой волной. Сила Лоренца, действующая на частицы сгустка в такой' волне, постоянна, а амплитуда поля пропорциональна отклонению
предельного тока, обусловленного взаимодействием пучка с нерабочими колебаниями, составило 2 А, при' ^том максимальный разброс . центров тяжести сгустков на выходе ускорителя не превышает - 2лл. ,Эта величина предельного тока получена при использовании расчетных дисперсионных характеристик и расчетных значений поперечного шунтового сопротивления, вычисленных при помощи программы шл/имобе /70/.
Достоверность используемых расчетных радиотехнических параметров, а также влияние штанг и поведение нерабочих колебаний в четырехсекционном ускоряющем резонаторе были изучены экспериментально /50а/.
Установлено, что Ь -образные штанги практического влияния на частоту нерабочих колебаний не оказывают, а закорачивающие штанги на днище, оказывающие наибольшее влияние на частоту о-вида, повышают -частоту максимум на 4%. Таким образом, использование расчетных дисперсионных характеристик нерабочих' колебаний представляется достаточно корректным.
Измерение поперечного шунтового сопротивления проводилось методом малых возмущений с использованием металлической иглы. Для определения абсолютной величины напряженности электрического поля Ег была проведена калибровка возмущающего тела на специально изготовленном эталонном резонаторе - гладком цилиндрическом резонаторе, возбуждаемом на волне Еого. Были определены коэффициенты и &2 в выражении, полученном согласно теореме малых^возмущений
А/ к.Е* Ь- Ига ■ — = —+ ——£ , • (29)
/иг IV
• л
где Ех и Н - напряженности электрического и магнитного поля ' в месте возмущения, IV - запасенная энергия.
секционном резонаторе проводилось путем измерения спектра■ частот по отдельности в каждой секции, а затем и в единой колебательной системе. Результаты измерений позволяют сделать вывод, что нерабочие колебаниял в резонаторе развязаны по электромагнитному полю и, следовательно, независимы го частоте от секции к секции /50а/.
.Последнее обстоятельство и то, что в процессе .изготовления размеры комбинированных щелей выбирались так, чтобы частоты нерабочих колебаний в соседних секциях были различны, обуславливает в основном демпфирование поперечной неустойчивости пучка.
Измерения смещения центра тяжести пучка вдоль импульса тока, выполненные на ЛУ ММФ при энергии 160 МэВ, импульсном токе 18 лА и длительности импульса 70 те, не выявили каких-либо показаний на проявление эффекта поперечной неустойчивости /4а,5а,51а/.
6. РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА УСКОРЯЮЩИХ СЕКЦИЙ СШД.
I
Радиотехническая настройка ускоряющей системы - один из основных этапов наладки ускорителя - включает в себя две отличных друг от друга процедуры: настройку ускоряющих секций и настройку четырехсекционных резонаторов.
В ходе настройки ускоряющих секций ЛУ ММФ, исходя из требований динамики пучка (прежде всего условия минимальных потерь частиц) и с учетом объединения секций в резонатор, устанавливаются следующие значения параметров /5,19,71/: 1) частота рабочего вида колебаний или ускоряющей моды / = 990,8 ±0,1 МГц на низком уровне мощности при атмосферном
71
состоящая из отдельных модулей, собиралась в вертикальном положении на стенде.
6.1. Методика радиотехнической настройки структуры СШД. Методика йастройки, включающей в себя два основных этапа: настройку частотных характеристик и выравнивание распределения ускоряющего поля по длине секции, подробно описана в работах /37а,53а/.
Настройка секции на рабочую частоту проводится в следующей последовательности (конструкция секции представлена на рис.з):
1) отдельный отсек, образованный двумя днищами, без учета окон связи;
2) регулярные ускоряющие отсеки - частота ускоряющей моды / (рис.9а);
3) регулярные отсеки связи - частота моды связи / (рис.96);
4) крайние отсеки с учетом окон связи с мостовыми устройствами.
Перед настройкой отдельного отсека из двух днищ окна для
связи с мостовыми устройствами заглушаются специальными
приспособлениями, обеспечивающими надежный контакт по всему
контуру. Настройка частоты.отсека проводится за два-три шага
путем уменьшения, диаметра шайбы. Величина очередного съема ¿<2
определяется-с помощью выражения: ,
а Д/
лег =--, (31)
/
где / - частота отсека до настройки, а - диаметр шайбы, й/-требуемое изменение частоты отсека, 0Л - коэффициент влияния.
В отличие от ускоряющих структур СР секция СЩЦ, вследствие большой величины коэффициента связи, настраивается
непосредственное измерение частоты моды связи требует специальных технологических днищ для каждой секции, что при настройке многосекционного ЛУ весьма затруднительно. . Первоначально в качестве измеряемого и настраиваемого параметра использовалась величина несимметрии по частоте ближайших видов колебаний относительно рабочего вида ДР(. Оптимальное значение соответствующее нулевой полосе
запирания, определялось в соответствии с работой /7а/. Исследования дисперсионных свойств С11Щ позволили найти способ определения полосы запирания по измереннным значениям частот двух-трех колебаний, ближайших к рабочему /54а/. Ширина полосы запирания определяется по формуле:
тг№ пг№ е/ = —р^—~—2 , (зэ)
т - п
гда ч* = 4 + л,- "
А= /п+ /;- 2/, .
т = ± 1,2-, п = ± 2,3.
-Настройка- регулярных отсеков связи осуществляется путем увеличения внутреннего диаметра структуры ду всех модулей секции. Требуемое увеличение диаметра ¿0 определяется графически из экспериментальной зависимости б/ = /<&0). Достаточно большие, допуски на параметр в/ для СИЩ /7а/ позволяют с учетом результатов настройки близкой по размерам секции производить указанную операцию 1 за один прием. Технологически увеличение диаметра Ы> осуществляется за два установа"на токарном станке - с одной и с другой от диафрагмы стороны модуля. Длй последних секций, где длина модуля достаточно велика (I ~ 100-120 ш) и, соответственно, вес
выше методике, согласно выражению (31) с уточнением коэффициента влияния на каждом шаге.
Выравнивание ускоряющего поля по длине секции обусловлено тем, что ъ - образные штанги крепления шайб в модулях нарушают симметрию связи соседних отсеков, в результате чего образуется наклон ускоряющего поля. Выравнивание шля можно произвести путем уменьшения толщины диафрагмы всех модулей со стороны меньшего поля на величину, определяемую из коэффициента влияния /72/. Однако после пайки блоков модулей первых секций, имевших ровное по длине поле, измерения показали появление наклона поля ~ 15-20%, вызванного проседанием штанг под действием веса закрепленной на них шайбы. Поскольку введение дополнительных конструктивных элементов, исключающих это проседание, привело бы к усложнению технологии изготовления модулей, автором было предложено /15а, 37а/ вносить поправку в величину наклона поля по длине секции до пайки блоков модулей. Это достигается путем перемещения (контролируемого с точностью 5 микрон) всех шайб в продольном направлении за счет небольшой деформации штанг.
Величина необходимого перемещения определяется следующим ' образом:
0,1 Е.
М = -т, (34)
N Д£{
где ДЕ - величина изменения наклона поля на ускоряющий отсек (рассматривается только величина поля в центре зазора) при смещении шайб на 0,1 ш,
Ек - требуемое изменение наклона поля в секции перед пайкой
Еь=ЕВП±Ен%> Л35)
где Ен - измеренное значение наклона поля в секции-после ' ' ■ 77'
имеет среднеквадратическое значение Ец = 2,4%, максимальное значение не превышает ± 7%. Среднеквадратическая nepoBHOMepnQCTb распределения ускоряющего поля относительно прямой регулярного наклона, представляющая основной интерес при анализе 'динамики пучка, в среднем по ускорителю составляет величину <Е>Ц = 0,65% и не превышает 7,8%. Среднеквадратическая неравномерность поля по - длине секции не превышает значения <Е> = 2%. Графики распределения1 параметров-ускоряющего поля Е}{ и <Е> по секциям .основной части ЛУ ММФ приведены на рис: .14. м ,. ,. < И)" /нмк«% <П„><2%
N ч| secliiui.s 1 ,
17
II
JO
14
<Г!,.> 2.4%
и
JO
10
5
1 л 5
J J
О 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 1П\\1,%
II Of BOCCiOttR
<П>
2 5 16 25 29 7 11 ____|—
3 «
0,2 0.3 0.4 0.5 0.6 .0.7 0.0 0.9 1.0 1 .1 1.2 1.3 1.41.5 1.6 1.71.0 <H> t
Рис.14. Параметры ускоряющего поля в секциях основной части ЛУ ММФ.
Рис.15. Зависимость эффективного шунтового сопротивления от относительной фазовой скорости в ЛУ ММФ, ------расчет;--эксперимент.
температурой охлаждающей вода АРЧТ;
2) равенство уровней поля в секциях резонаторов с точностью не хуже ± 0,8%;
3) максимальную стабильность соотношений уровней поля в секциях резонатора к случайным частотным расстройкам и нагрузке пучком; ,
4) согласование резонатора с фидером.
С целью снижения уровня потерь , частиц. - может - устанавливаться и форма распределения ускоряющего поля по резонатору. Численное моделирование показывает, что увеличение шля в крайних секциях по отношению к средним .в , резонаторах с 6 по 19 04 ЛУ ММФ на г% с соответствующей фазировкой полей изменением длин межсекционных промежутков, а также изменением. фазы инжекции центров сгустков в эти резонаторы, приводит к снижению относительного уровня потерь . частиц почти на порядок /5ба/.
Радиотехническая настройка резонаторов, производится изменением электрических длин и симметрии мостовых устройств за счет сжатия - растяжения сильфонных узлов и ввода-вывода плунжеров /52а,57а/. При этом одновременно, хотя и в разной степени, изменяются частоты секций и мостовых устройств, а также коэффициент связи между секциями и мостами. Это приводит к изменению • всех частот. спектра и соотношений уровней поля в секциях на всех видах колебаний. Закономерности этих изменений и их взаимосвязь определены щ положены в основу методики настройки резонаторов ' /эоа,58а,59а/. -
отличие от периодических ускоряющих структур с большим ;/ количеством ячеек стабильность распределения поля в четырехсекционном резонаторе зависит не только от взаимного расположения частот в спектре и амплитуд боковых видов колебаний, но и от формы распределения поля на них /73,19а/. Причем, как показывают эксперименты, различие по форме распределений поля в резонаторе на симметричных колебаниях имеет в ряде случаев определяющее влияние на стабильность распределения поля на рабочем колебании /зоа/. Следовательно, условиями стабильности распределения поля в резонаторе ' является не только симметрия по частоте ближайших к рабочему видов колебаний, как считалось ранее /52а,57а/, но и симметрия частот всего спектра, равенство амплитуд и одинаковая форма распределения поля на симметричных видах - колебаний.
Различия в формах распределения поля, т.е. нарушение соотношения . (38), вызываются в основном частотными расстройками мостовых устройств между собой и по отношению к рабочей частоте резонатора. Практически механизм настройки собственных частот мостовых устройств в собранном резонаторе следующий. После предварительного выравнивания уровней поля между секциями с точностью ~ 2% (по методике, изложенной в /57а/) в первую и последнюю секции поочередно вводится по оси возмущающее тело на всю длину секции - диэлектрический шнур. После измерения распределения поля в обоих случаях определяются изменения разностей между уровнями поля в соседних секциях - номер секции в которую вводится
возмущающее тело). Повышение стабильности означает уменьшение величин Д£_(п+П , для чего необходимо провести
частот и результаты измерений, уровней поля в секциях при частотных расстройках до и после настройки одного 'йз резонаторов 04 ЛУ ММФ. ,
После проведения процедуры стабилизации распределения поля в резонаторах почти во всех случаях их рабочая частота оказывалась заниженной. ' Для подстройки ' частоты нами были применены стационарные элементы настройки, представляющие собой металлические эксцентрики, помещаемые в торцевые днища ускоряющих секций в область максимального магнитного поля (рис.7). Максимально возможное количество таких элементов в резонаторе (девять) повышает частоту на « 130 кГц, что вполне достаточно для настройки с требуемой точностью ± 45 кГц. В ускоряющих секциях, благодаря высокой стабильности структуры СЩД, такие расстройки не приводят к искажению распределения ускоряющего поля и практически не изменяют другие радиотехнические параметры секций и резонаторов /59а/. Установленные в результате исследований функциональные зависимости между радиотехническими параметрами резонатора и положениями элементов настройки, а также независимая подстройка рабочей частоты позволяют не использовать при настройке математических методов планирования экспериментов по поиску оптимальных условий /боа/. В нашем случае найдена возможность по экспериментальным данным однозначно (с известной точностью, разумеется). определить с помощью достаточно простых вычислений требующиеся положения элементов настройки.
7.2. Согласование резонатора с волноводным трактом.
Каждый резонатор 04 ЛУ:. ММФ возбуждается от своего клистронного;усилителя, ВЧ мощность которого по волноводному тракту (220x104 мм), включающему в себя ферритовый вентиль и гибкую волноводную секцию, поступает в среднее мостовое устройство. Волноводный тракт, работающий на воздухе при атмосферном давлении, отделен от вакуумного объема резонатора с помощью герметизирующего окна. Длина фидера составляет ~ 50 м, и он состоит из отдельных волноводных секций, соединяемых фланцами с индиевой прокладкой. При такой конструкции отраже ния возможны от каждого элемента тракта, однако резонатор является высокодобротным и, следовательно, узкополосным и критичным к согласованию узлом. При номинальном уровне мощности Р^да" 3 МВт, и коэффициенте стоячей волны р,= 2 мощность отраженной волны составляет ~ 0,3 МВт, что может привести к возникновению пробоев в тракте и недопустимому разогреву ферритового вентиля.
Прежде чем приступить к работе по согласованию резонатора с фидером, необходимо определить для каждого резонатора значение р без пучка, соответствующее условию р=1 в процессе ускорения пучка проектной интенсивности. Параметр нагружения пучком а равный отношению мощности, идущей на ускорение пучка, к полной мощности, поступающей в резонатор для 04 ЛУ ММФ составляет а = 0,22-0,37. Коэффициент' связи резонатора без пучка
%77
% = —— (42)
1-а
для случая полного согласования резонатора с пучком определяется как -
последовательность операций при согласовании резонатора с фидером /61а/:
1) определение настроечной характеристики, т.е. зависимости р от размера широкой стенки диафрагмы а при Ъ = 60 мм;
2) радиотехническая настройка резонатора с диафрагмой, размеры которой подобраны в соответствии с выражением (45);
3) определение окончательного размера диафрагмы а в соответствии с уточненной для конкретного положения элементов настройки настроечной характеристикой;
4) выравнивание, в случае необходимости, уровней ускоряющего поля между второй - и третьей секциями.
7.3. Результаты настройки.
Радиотехническая /-'настройка ускоряющих резонаторов проводилась, в тесной гвзаимосвязи с технологическим процессом. В целом подготовка резонаторов к работе представляет собоД следующую последовательность операций /зоа/:
1. Проверка герметичности резонатора.
2. Предварительная юстировка ускоряющих секций.
3. Стабилизация распределения и выравнивание уровней ускоряющего поля в секциях.
4. Подстройка рабочей частоты.
5. Согласование резонатора с волноводным трактом.
6. .Окончательное выравнивание уровней поля плунжерами.
7. Точная юстировка секций.
8. Проверка радиотехнических параметров резонатора. ' ч
Радиотехнические"" параметры каждого резонатора после настройки паспортизованы и могут быть востребованы на любом этапе наладки ускорителя с пучком. В целом по ускорителю
91
8. ВЫВОД УСКОРЯЮЩИХ РЕЗОНАТОРОВ НА НОМИНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ вч МОЩНОСТИ.
•8.1. Тренировка резонаторов на высоком уровне мощности.
Для обеспечения надежности и долговечности ускоряющей системы необходимо достижение устойчивой работы на номинальном уровне ВЧ мощности. Критериями такой работы являются отсутствие искрений, пробоев и сохранение рабочего вакуума в резонаторах на. высоком уровне импульсной и средней мощности. При создании ЛУ новых поколений последнее особенно важно, т.к. необходимость иметь большой средний ток при минимально возможной длине ускорителя заставляет поднимать темп ускорения и увеличивать частоту повторений вплоть до непрерывного режима.
В настоящее время накоплен достаточно большой опыт тренировки и работы резонаторов с трубками дрейфа на высоком уровне мощности (например, на ускорителях И-2 и И-юо в нашей стране /19/). Тренировка резонаторов начальной части ЛУ ММФ (номинальная импульсная мощность в резонаторе ~ 3,0 МВт, частота повторений 100 Гц) проводилась в несколько этапов /74/. Наиболее продолжительный этап осуществлялся при частоте повторений 10 Гц ж максимально допустимом давлении 6,5-10~4 Па. В процессе тренировки проводился контроль числа пробоев в резонаторе, измерялась мощность дозы рентгеновского излучения вдоль резонатора, проводились масс-спектрометрические измерения состава остаточных газов и измерения электронного тока в апертуре первых трубок дрейфа. Устойчивая работа на номинальном уровне мощности - достигалась за несколько десятков часов тренировки на частоте повторений 10 Гц, после чего
осуществлен при частоте повторений 25 Гц (длительность ВЧ импульса 150 же), и номинальный уровень импульсной мощности 2,25 МВт был достигнут за 14 часов. Труднопроходимая зона была обнаружена в области ~ 200 кВт, соответствующая по характеру искажения ВЧ импульса мультипакторному разряду. Дальнейшее увеличение частоты повторений до 50 Гц и 100 Гц было осуществлено за ~20 часов. На расстоянии 70 см от торца первой секции резонатора снималась -зависимость мощности экспозиционной дозы рентгеновского излучения от ийпульсной ВЧ мощности для различной частоты следования импульсов. Мощность . дозы излучения при Р = 2,5 МВт (F. = 100 Гц, t = 150 мке) составила 35 мкР/с. При возникновении разрядов в резонаторе уровень излучения значительно возрастает. Это обстоятельство используется для обнаружения и локализации конкретных мест возникновения разрядов с точностью до ячейки ускоряющей секции. Перспективным на наш взгляд является использование для локализации, разряда акустических датчиков, установленных на резонаторе или волноводном тракте /76/.
С целью определения запаса по электрической прочности резонатор был испытан на уровне мощности до 2,8 МВт, что на ~ 25% выше максимального значения в- резонаторах 04 ЛУ ММФ. Подъем от номинального до данного уровня был осуществлен за 15 минут, с остановками из-за высоковольтных разрядов. За последующие 45 минут было зарегестрировано всего 2 разряда, что свидетельствует об имеющемся запасе электрической прочности резонатора на основе структуры СЩЦ (испытания были проведены до уровня максимальной напряженности поля на поверхности ~ 220 кВ/сл).
Опыт, полученный на стенде, позволил выработать методику
С"
волновода и мостовых устройствах - 5 насосов на резонатор, локализуется место разряда и осуществляется переборка узлов резонатора., .
После достижения необходимого значения импульсной мощности ~ 2*2,5 МВт, она понижается примерно вдвое, частота повторений устанавливается 50 Гц (а затем 100 Гц), и-процесс тренировки повторяется. При большой средней мощности из-за разогрева резонатора понижаемся рабочая частота, в связи с чем необходимо подстраивать частоту задающего генератора, наблюдая за уровнем отраженной рт резонатора мощности. Тренировка считается завершенной, когда число высоковольтных разрядов меньше чем один в 15 мищут при уровне мощности на "15% выше номинала при частоте-повторений 100 Гц.
В настоящее время закончена тренировка на высоком уровне мощности 19 четырехсекционных резонаторов 04 ЛУ ММФ. Среднее время тренировки составляет 40+50 часов. Эксплуатация ускорителя с энергией пучка до 423 МэВ показала надежную-устойчивую работу ускоряющей системы (частота повторений ВЧ импульсов на стадии физического пуска и для проведения первых физических экспериментов установлена 50 Гц).
8.2. Мультипакторный разряд в ускоряющих резонаторах.
В ЛУ ионов имеет место эффект, получивший название вторично-электронного резонансного или мультипакторного разряда /19,68,77/. Он возникает внутри резонатора при выполнении своеобразных резонансных ■ условий, когда время пролета электронов от одной части поверхности до другой под действием ВЧ поля равно нечетному числу полупериодов, и -коэффициент вторичной эмиссии материала поверхности больше
97
211 ихЗ соэср
= ---+ У0 . (48)
170
Известно, что при.величине /<2 > 300 (что справедливо в нашем случае), начальной скоростью У0 в выражении (48) можно пренебречь /78/. Считая, что начальная фаза может принимать значения от 0 до ср^^цри У0 =0, получим оценки границ динамического диапазона напряженности электрического поля:
в _ ио
«« (2п-1№ ' - (4д) в __^_
С (2П-7 соаф^ 281Щпах]а
Если взять ■ диапазон конечных скоростей, при котором коэффициент вторичной' эмиссии больше 1, равным 0,4-1 о7* 5,9-1 о7я/с (50 эВ - 10 кэВ)/79/, можно также определить из (48), диапазон,напряженности Еу :
Етах %/а [МГц СЛ], (50)
Ешы 1В/см]=0>164 %/й [ЦГц сл]. Используя выражения (49) и (50) мы установили, что условия развития мультипакторного разряда в резонаторах с трубками дрейфа для п=1 выполняются в резонаторах N 1 и N 2, и с п=2+5 во всех пяти резонаторах начальной части ЛУ ММФ. Наиболее вероятен разряд при п-1,. что и наблюдается фактически только в первом резонаторе НЧ ЛУ ММФ.
В отличие от резонаторов СТД картина развития мультипакторного разряда в резонаторах основной части ЛУ ММФ очень типичная и стабильная. Разряд имеет место в постоянном диапазоне импульсной ВЧ мощности, который изменяется время-от времени даже для одного резонатора, но в, среднем составляет
развитию разряда определяется из соотношения
Р = [Еша.х / ЕНОМ ] РНОЛ ' . (51 }
где Енол и Рнол - расчетные номинальные значения, напряженности поля и мощности.
Из этого выражения следует, что мультипакторный разряд с п = 4 может существовать на уровне ~ 100 кВт (при п = 2 Р = 10 кВт). Для каждого п диапазон мощностей, при котором может развиваться разряд очень узкий - не более 3 кВт. Единственным объяснением весьма широкого диапазона мощности является дрейф области •мультипактора во время подъема мощности от центра перехода к его периферии.
Локализация места возникновения мультипакторного разряда позволяет принимать в случае необходимости известные меры для предотвращения его развития. Важным является вывод об отсутствии мультипакторного разряда в ускоряющей структуре СЩЦ.
( связанных с механической обработкой, и учет особенностей конструкции и технологии ! изготовления позволила приблизительно в 5 раз сократить время настройки по сравнению с методом последовательных приближений к каждому из настраиваемых параметров. По данной методике настроены все 110 секций основной части ЛУ ММФ, при этом радиотехнические параметры удовлетворяют заданным требованиям, а равномерность распределения ускоряющего поля превосходит результаты., полученные при настройке ускорителя Лос-Аламосской мезонной фабрики.
3. Разработан способ определения полосы запирания ускоряющей секции без проведения трудоемких и дорогостоящих измерений частоты моды связи,- предложен и реализован способ устранения полосы запирания с помощью комбинированных щелей', позволяющий исключить трудоемкие операции по увеличению внутреннего диаметра модулей СШД.
4. Предложен и практически реализован, способ выравнивания распределения ускоряющего поля по длине секции, позволяющий существенно упростить процесс пайки технологических блоков модулей в водородной печи..
5. Проведено исследование влияния погрешностей изготовления на параметры структуры с шайбами и диафрагмами. Показано, что резонаторы на основе СЩЦ могут быть изготовлены с точностью, приемлемой для серийного машиностроительного производства, без ухудшения параметров структуры.
6. Разработан технологический процесс изготовления ускоряющих секций основной части ЛУ ММФ,' включая температурный цикл пайки в водородных печах. Завершено изготовление всех 110 секций основной части ЛУ ММФ общей
юстировку оборудования ускорителя. По данной методике настроены все 27 ускоряющих резонаторов основной части ЛУ ММФ до энергии 600 МэВ.
10. Проведена радиотехническая настройка ускоряющих резонаторов с трубками дрейфа, начальной части ЛУ ММФ, полученные параметры удовлетворяют задащшм требованиям.
11. Проведена тренировка на вцсоком уровне ВЧ мощности всех пяти резонаторов начальной части ЛУ ММФ. Разработана методика тренировки резонаторов основной части ЛУ ММФ, позволяющая в короткие сроки и,без ущерба для поверхности резонатора достичь номинального уровня ВЧ мощности. Показано, что в резонаторах на основе СЩЦ в ЛУ ММФ имеется 25% запас по электрической прочности. В настоящее время выведены на рабочий режим 19 резонаторов основной части ЛУ ММФ, в которых осуществлено ускорение протонного пучка,до энергии 423 МэВ.
12. Разработаны измерительно-вычислительные комплексы, позволяющие , проводить радиотехнические измерения и их обработку как на стенде, так и , в тоннеле ускорителя в автоматизированном режиме с ,.точностью, необходимой - для обеспечения жестких требований к качеству ускоряющего поля,. Измерение распределения ускоряющего поля проводится ' с погрешностью ~ 0,1%.
13. Проведены исследования стабильности распределения ускоряющего поля в многорезонаторных связанных ускоряющих системах. Показано, что для полной компенсации возмущений ускоряющего поля необходимо выполнение таких условий как полная симметрия спектра частот относительно рабочего колебания, идентичность формы и равенство амплитуд распределения поля на симметричных боковых видах колебаний.
Список работ автора по теме доклада.
1а. Esin S.K., Kravchuk L.V., Paramonov V.V., Romanov G.V., Stepanov A.A., Possibilities of the DAW structure for Application to Industrial Linacs - Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В 68, 1992, p.32-35. 2a. Esin S.K., Fedotov A.P., Kravchuk L.V. et al. INR Linear Acce- lerator and the Compressor Ring Project for the Neutron Spallation Source.-Proo. of the.Intern. Collab. on Advanoed Neutron Souroes ICANS XI, Tsukuba-, Japan, 1990, p.117-121. 3a. Grachev M.I., Kravchuk L.V., Stavissky Yu.Ya. et al.
Pulsed Neutron Source of Moscow Meson Factory.- Proc. of the ICANS XII, Oxfordshine, UK, 1993. 4a. Есин с.К., Кравчук Л.В., Романов Г.В., Пунтус В.А., Хабибуллин Т.Н., Тарасов С.Г., Степанов А.А., Андреев В.Г. Первое ускорение протонного пучка в структуре с шайбами и диафрагмами.- Тезисы докладов 12 Всесоюзного семинара по линейным ускорителям, Харьков, 1991, с.18. 5а. Batskikh- G.I., Esin S.K., Kravchuk L.V. et al. Proton
Beam Acceleration Up to 160 Mey,; at ,$ioscow Meson Factory Linac.-Proo. of the 1991 Particle Acoe],.Conf., San-Francisco, USA,1991, p.3067-3069. ба. Кравчук Л.В., Парамонов В.В., Романов Г.В. К определению стабильности распределения поля в компенсирующих структурах
- Письма В ЖТФ, Т.11, в.22, 1985, С. 1371-1374 7а. Кравчук Л.В.,Романов Г.В. Оптимальное расположение по частоте боковых видов колебаний в ускоряющей структуре с шайбами и диафрагмами.- Препринт ЩИ АН СССР П-0304, М., 1983. 8а. Esin S.K.,4 Kravchuk L.V., Matveev V.A. et al. Moscow Meson Factory Linac Status Report.- Proceed, of the 1992
16а. Грицына 0.Я.,.Есин С.К., Кравчук Л.В. и др. Состояние сооружения сильноточного ускорителя ММФ.- Труды семинара по программе исследований на ММФ. Звенигород. 1987, с.12-17.
17а. Есин С.К..Кравчук Л.В..Остроумов П.Н. и др. Работы по сооружению линейного ускорителя протонов и отрицательных ионов водорода мезонной фабрики ИЯИ.- Труды XI Всесоюзн.Совет. по ускорителям заряженных частиц, Дубна, 1989, т.1, с.241-244.
18а. Bylinsky Ju.?., Esin S.K., Kravchuk L.V. et al. Meson
Factory Accelerating Structure Tuning.- Proceed, of the Eur. Part. Ac cel. Conf. EPAC-I, Rome, 1S88, v.2, p.1202-1204.
19a. Kravchuk L.V., Romanov G.V. Stability of. Field
Distribution in Coupled Cavity Structures.- Proc. of the 1990 Linear Accel.Conf, Albuquerque, USA, 1990, p. 117-119.
20a,. Былинский Ю.В., Жарылкадов С. Ж., Кравчук Л. В. и др. Результаты радиотехнической настройки ускоряющих резонаторов с трубками дрейфа ЛУ ММФ.- Труды XII Всесоюзн.Совещания по ускорителям заряженных частиц, М.,. 1990, т.1, с.205-208.
21а. Былинский Ю.В.,Есин С.К., Кравчук Л.В. и др. Физический пуск начальной части линейного ускорителя ММФ.- Труды XII Всесоюзн.Совещания по ускор.заряж. частиц, М.,1990, т.1, С.164-168.
22а. Кравчук Л.В..Челноков А.И..Шараментов С.И. К выбору схемы измерения радиотехнических параметров ускоряющих систем.-ПрепрИНТ ИЯИ АН СССР. П-0231, М., 1982.
2за. Аврелин Н.В., Бахарев О.А., Кравчук JT.B. и др.
Высокочастотный блок ПИРС.- Теория, расчет и экспериментальные работы по ускорителям заряженных частиц, М., Энергоиздат, 1982, с.11-15.
24а. Агафонов С.П., Годнев В.В., Кравчук Л.В. и др.
the 1990 Linear Accel. Conf., Albuquerque, USA, 1990, p.120-121.
зза. Кравчук JI.В. .Парамонов В.В.,Серов В.Л. и др. Основные характеристики коаксиальных устройств связи секций в структуре с шайбами и диафрагмами.- Вопросы атомной науки и техники. Серия: Техн.физ.зксп., вып.2/14/, Харьков, 1983, с.99.
34а. Есин С.К., Кравчук Л.В., Парамонов В.В., Романов Г.В.
Стабильность радиотехнических параметров ускоряющей структуры с проводящими шайбами и диафрагмами.- Труды IX Всесоюзн.Совещ. по ускор.заряж.частиц, Дубна, 1984, С. 148-1 51.
35а. Дайковский А.Г.,Кравчук Л.В., Парамонов В.В. и др." Влияние малых изменений размеров ячеек на характеристики УСШД.-Препринт ИЯИ АН СССР П-0186, М., 1981.
Зба. Кравчук Л.В., Парамонов В.В., Романов Г.В. Влияние погрешностей изготовления на радиотехнические параметры ■ ускоряющей структуры с шайбами и диафрагмами.- Препринт ИЯИ АН СССР П-0328, М., 1984.
37а. Кравчук Л.В., Романов Г.В.Особенности настройки секций линейного ускорителя мезоннай фабрики.- Препринт ИЯИ АН СССР П-0334, М., 1984.
38а. Тарфеев Н.В., Васютинский И.Ю., Кравчук Л.В. и др. Юстировка ускоряюще-фокусирующего тракта основной части линейного ускорителя ММФ.~ . Труды XI Всесоюзн. Совещ. по ускор.заряж.частиц, Дубна, 1988, т.2, с.205-209.
39а. Андреев В.Г., Белугин В.М., Кравчук Л.В., Прохоров E.H. Исследование нерабочих колебаний в ускоряющей структуре с проводящими шайбами и диафрагмами.- Труды РТИ, N 31, М., 1978, С.13-19.
Multiseotional Ion binacProc.of the 1984 linear Accel. Coni., Darmstadt, Germany, 1984, p.392-393.
49a. Gonin I.V., Esin S.K., Kravchult b.V. et al. The Bunched Beam Interaction with the-Hybrid Modes in a Multiseotional Ion Li-nac.-IEEE Trans.on Nucl.Sci.,HS-32, N5,1985, p.2368-2370.
50a?. Кравчук JI.В., Парамонов В.В., Пунтус В.A., TapiacoB С.Г.
Экспериментальное исследование характеристик нерабочих колебаний в резонаторах основной части ускорителя мезонной фабрики.- Препринт ИЯИ АН СССР П-0468, М., 1986.
51а. БылинскийЮ.В., Дворцов С.В., Кравчук Л.В. и др. Исследование , параметров протонного пучка ЛУ ММФ при энергии до 160 МэВ.- '
Тезисы докладов 12 Всесоюзн.семинара по линейным ускорителям, . Харьков, 1991, с.4.
52а. Андреев В.Г.', Белугин В.М., Кравчук Л.В. Методика настройки резонаторов для второй части линейного ускорителя мезонной фабрики.-. Вопросы атомной науки и тех., сер.: линейные ускорители,вып.2/5/, Харьков, 1977, с.зз-35.
53а. Кравчук Л.В.,Пунтус В.А., Романов Г.В., Хабибуллин Т.Н. Методика радиотехнической настройки ускоряющей структуры с шайбами и диафрагмами.- ПТЭ, N 2, М., 1992, с.83-87.
54а. Gonin I.V., Kravohulc L.V., Paramonov V.V. et al. Some Methods of the Stop Band Width Evaluation in the Compensated Accelerating Structures.- IEEE Trans.on Nucl. Sci.v.NS-32, N 5, 1985, p. 2818-2820.
55a. Андреев В.Г.,Белугин В.М.,Кравчук Л.В., Прохоров Е.Н. Исследование модели резонатора второй части линейного ускорителя мезонной фабрики,- Труды YI Всесоюзн.Совещ.по УЗЧ,т.1, Дубна, 1978, С.344-348.
5ба. Дворцов С.В.,Кравчук Л.В..Остроумов П.Н. Об уменьшении потерь
ЛИТЕРАТУРА . 1
1. Noble R.J. Proc. of the 1992 Linear Acoel. Conference, Ottawa, Canada, 1992 v.2 p.565-569.
2. Funk L.W. Proc. of the 1992 Linear Acoel. Conf., Canada, 1992, v. 1, p. 8-12.
3. Есин С.К.,Лобащев В.M.-Труда РТИ АН СССР,N16, М.,1973, с.46-55.
4. Jameson R.А.- Труда IY Всесоюзного Совещ. по ускор.заряж.частиц, т.1, М., "Наука", 1975, с.131-135.
5. Ускорительный комплекс для физики средних энергий (мезонная ■ фабрика).Под ред.Б.П.Мурина-Труды РТИ АН СССР, М.,1974, N 16.
6. Yamazaki Y, Kihara М. - Proc. of the 1990 Linear7Conf., Albuquerque, USA, 1990, p.543-547.
7. Lennox A;J. Proc. of the 1993 Particle Aocel. Conference, Washington D.C., USA, 1993.
8. Жуйков Б.Л., Коханюк В.М..Габриелянц Ю.Г. и др.- Препринт ИНИ РАН-811, М., 1993.
9. Batskikh G.I., Murin В.P., Fedotov А.P.- Proc.of 1990 Linear Accel. Conf., Albuquerque, USA., 1990, p.581-583.
10. Blagovolin P.P..Chuvilo i.v..Kapchinskiy I.M., Lazarev N.V.-- там же, p.778-781.
11. Mizumoto M.et al. - Proc.of 1992 Linear Acc. Conf., Ottawa, Canada, 1992, v.2, p. 749. ..
12. Lawrence G.P.-Proc.of 1990 Linear Acc.Conf..Albuquerque, USA, 1990, p.553-557.
13. Wangler T.P. - там же, p.548-552.
14. Rees G.H.-Proo., of 1993 Particle Accel.Conf..Washington D.C., USA, 1993.
15. Lynch M.T. et al.-Preprint LANL LA-UR-93-1897,Los Alamos,USA,
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45,
46,
47.
48.
49.
50.
Labrie J.-P., McKeown J.- Nucl.Instr.and Methods, v.193, N 3, 1982, p. 437-444.
Андреев В.Г., Белугин В.М., Пироженко В.М. - A.c. N 414760, опубл. В Б.И. N 5, 1974.
Manca J.J., Knapp Е. A.-Preprint LANL,Ъа-7407,Los Alamos, USA, 1978.
Inagaki S. Nucl.Instrum.and Methods A251,1986, p.417-421. Yamazaki Y. - Proc.of the 1992 linear Accel. Conf., Ottawa, Canada, 1992, v.2, p."580-586.
Swain G.R. - Report LANL LA-7915-MS, Los Alamos, USA, 1979. Shriber S.O.-Preprint LANL LA-UR-79463, Los Alamos, USA,1979. Manca J.J.,Knapp E.A.-Preprint LANL,LA-7323,Los Alamos,USA,1978. Manca J.J. - Preprint LANL, LA-7157, Los Alamos, USA, 1978. Manca J.J., Knapp E.A., Swenßon D.A.- IEEE Trans.on Nucl.Soi., v.NS-24, N 3, 1977, p. 1087-1090.'
Schriber S.O. - Preprint LANL LA-UB-689, Los Alamos, 1979. Kapchinskiy I.M. - Proc.of the 1990 Linear Accel.Conf., Albuquerque, USA, 1990, p.776-777.
Есин C.K.., Остроумов П.Н., Фатеев А.П.- Труды YIII Всесоюзн. Совещ. по ускор.заряж.частиц, Дубна, 1983, т.2, с.71-76. Баранов В.Н. и др.- Труды МРТИ, N 25, 1976, с.155-163. Бакулин В.М. и др. - Препринт ИЯИ АН СССР, П-0404, М., 1985. Былинский Б.В. и др.- Труды X Всесоюзн.Совещ'. по ускор.заряж. частиц, Дубна, 1986, Т.1., С.246-249.
Кульман В.Г., Пироженко В.М., Чистов В.Б.- Труды.II Всесоюзн. Совещ. по ускор.заряж.частиц,М.,"Наука",1972,т.2, с.153-156. Билинский Ю.В.-Диссер.на соиск.уч.степ.канд.физ-мат.наук, М., МИФИ, 1992 г.
Остроумов П.Н.-Диссер.на соиск.уч.степ. докт.физ-мат.наук, М.,
ъ
Энергоатомиздат, М., 1991.
69. Glues tern R.Ii., Butler H.S.- IEEE Trans, on Nucl.Sci., NS-12, N 3, 1965, p.607.
70. Касчиев M.C. и др.-Труды ix Всесоюзн.Совещ. по УЗЧ, т.1, Дубна,
1985, С.137-141.
71. Сеничев Ю.В..Шапошникова E.H.-Препринт ИЯИ АН СССР П-0449, М., 1986.
72. Андреев В.Г.,Белугин В.М..Пироженко В.М.- Труды РТИ, N 16, М., 1974, С.133-137.
73. Романов Г.В.- Препринт ИЯИ АН СССР П-0561, М., 1987.
74. Былинский Ю.В. и др.-Труды МРТИ. Линейные ускорители,М.,1990, ji С. 54-63.
7Í5. Андреев В.Г. и др.-Труда РТИ АН СССР,М.,1976,вып.25,с. 123-125. ъ. Капырин Ю.В. и др.- Труды XII Всесоюзн.Совещ. по ускор. заряж. i частиц, т.1, Дубна, 1992, с.167-171.
77. Сливков И.Н. Электроизоляция и разряд в вакууме,М., Атомиздат, !'' 1972.
78. Загер Б.А., ТИШИН В.Г. -ЖТФ, Т.34, В.2, 1964, С.'297-299..
79. Мудролюбов В.Г..Петрунин В.И.-ЖТФ,Т.40,В.5,1970, с.1017-1020.
