Разработка и исследование перспективных направлений развития сверхпроводящих магнитных систем для ускорительных комплексов заряженных частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

ш

и ф

в

э

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

I Н Е

2005-48 На правах рукописи

/

Ткаченко Леонид Михайлович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ УСКОРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

01.04.20 — физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Протвино 2005

УДК 621.384.6

М-24

. Работа выполнена в Институте физики высоких энергий (г. Протвино)

Научный консультант — доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ К.П. Мызников (г. Протвино).

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук В.Е. Балакин (ФТЦ ФИАН, г. Протвино), доктор физико-математических наук А.Д. Коваленко (ОИЯИ, г. Дубна), доктор технических наук B.C. Высоцкий (ВНИИКП, г. Москва).

Ведущая организация — Институт сверхпроводимости и физики твердого тела (ИСФТТ) РНЦ "Курчатовский институт" (г. Москва).

Защита диссертации состоится "cJ " ¿У ¿у_2006 г. в_часов

на заседании диссертационного совета Д 034.02.01 при Институте физики высоких энергий по адресу: 142280, г. Протвино Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ. .

Автореферат разослан "_"_ _______2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 034.02.0

Ю.Г. Рябов

© Государственный научный центр Российской Федерации Институт физики высоких энергий, 2005

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Широкое распространение для исследования микромира получили ускорители заряженных частиц, энергия которых за последние 40 лет растет практически экспоненциально. Одним из основных элементов подавляющего большинства кольцевых ускорителей заряженных частиц на большие энергии является магнитная система, составляющая до 60% общей стоимости всей машины. Постоянно растущие требования в физических экспериментах к увеличению энергии ускорителей, их интенсивности, повышению светимости в коллайдерных режимах, росту темпа набора энергии в процессе ускорения и пр. приводят к необходимости разработки новых проектов ускорителей заряженных частиц на высокие и сверхвысокие энергии (УНК, SSC, LHC, VLHC, Neutrino Factory, Muon Collider, GSI) и модернизации существующих рабочих установок (Tevatron, HERA). В большинстве случаев новые магнитные системы предъявляют требования к физическим параметрам, превосходящие те, что имелись в предыдущих системах. Это приводит к необходимости поиска новых решений, использованию новых материалов и пр.

Конструкция магнитных систем должна обеспечить высокую однородность поля в апертуре, хорошую повторяемость при массовом производстве, стабильность всех магнитных характеристик в процессе ускорения, минимальную стоимость системы (в том числе и эксплуатационную стоимость), высокую надежность и работоспособность в различных режимах. Разработка магнитных систем непрерывно сопровождается математическим моделированием, позволяющим резко сократить расходы на создание различных элементов и системы в целом, выявить ряд проблем, требующих дополнительного исследования, найти оптимальные решения, упростить конструкцию, повысить ее эффективность, сократить эксплуатационные расходы и т.д.

Цель диссертационной работы — разработка сверхпроводящих магнитных систем для крупных проектов ускорителей типа УНК, GSI (S1S300), а также для модернизации работающих ускорителей, в частности Tevatron. Для решения этих задач были разработаны методы расчета нелинейных трехмерных магнитных полей, на основе которых создано соответствующее программное обеспечение. Разработаны методики, позволяющие обеспечить необходимую точность и воспроизведение качества магнитного поля в процессе массового производства.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Основные характеристики сверхпроводящих диполей и квадруполей УНК, их особенности. Разработка методов коррекции качества магнитного поля в процессе массового производства на основе анализа результатов измеренных магнитных характеристик опытно-промышленной партии сверхпроводящих диполей.

2. Разработка конструкции магнитной системы Tevatron Electron Lens, установленной на ускорителе Tevatron.

3. Оптимизированная конструкция квадруполя с высоким градиентом поля. Основным элементом конструкции квадруполя является сверхпроводящая обмотка из Nb3Sn. Магнит имеет независимо подавленные нелинейности поля и интеграла поля и может с успехом применяться в новых проектах ускорителей заряженных частиц, в частности, в участках встреч коллай-деров.

4. Исследование и оптимизация геометрий магнитных систем для четырех каналов Neutrino Factory.

5. Сверхпроводящий диполь, создающий быстроциклирующие магнитные поля, который имеет рекордные параметры по скорости изменения поля, на порядок превышающие существующие аналоги. Минимизация тепловых потерь в таком магните существенно снижает эксплуатационные расходы. Предложенная автором конструкция этого сверхпроводящего диполя принята за основу для моделирования прототипа дипольного магнита, используемого в последней ступени SIS300 разрабатываемого в GSI (Дармштадт) нового комплекса ускорительного комплекса для ускорения тяжелых ионов.

6. Программное обеспечение для расчета магнитных характеристик и оптимизации геометрии магнитных систем произвольной трехмерной конфигурации с учетом реальной зависимости магнитной проницаемости от поля.

Научная новизна

1. Параметры сверхпроводящих диполей УНК, изготовленных в ИФВЭ, и сегодня позволяют им конкурировать с аналогичными магнитами, разрабатываемыми в других лабораториях мира.

2. Магнитная система Tevatron Electron Lens, представленная в диссертации, разработана и изготовлена в ИФВЭ. Это — уникальная конструкция, состоящая из 7 сверхпроводящих и 12 теплых магнитов. Данная система позволяет провести пучок электронов над пучком антипротонов в местах встреч ускорителя Tevatron и ослабить кулоновское возмущение, вызванное пучком протонов. Предусмотрена регулировка как траектории, так и поперечной формы электронного пучка.

3. Оптимизированная конструкция квадруполя с высоким градиентом поля, разработанная автором, использует обмотку из Nb3Sn с геометрией, в которой впервые в мире были независимо подавлены нелинейности поля и интеграла поля. Минимизация поля на лобовых частях квадруполя позволила резко повысить градиент в центральной части и увеличить эффективную длину магнита.

4. Разработка магнитных систем и предложенные автором алгоритмы минимизации поля в магнитах соленоидальных каналов Neutrino Factory открыли возможность создания сверхпроводящих магнитных систем на основе Nb3Sn с требуемыми параметрами. Проведен анализ использования в обмотках ВТСП для повышения амплитуды поля.

5. Сверхпроводящий диполь, создающий быстроциклирующие магнитные поля, имеет рекордные параметры по скорости изменения поля, на порядок превышающие существующие аналоги. Предложенная автором конструкция выбрана для моделирования прототипа дипольного магнита, предназначенного для использования в качестве основного элемента магнитной структуры SIS300. Конструкция обладает минимальными тепловыми потерями, что существенно снижает эксплуатационные расходы.

6. Разработанные автором методы оптимизации трехмерной геометрии сверхпроводящих магнитов по быстродействию на несколько порядков превосходят зарубежные аналоги, что дает возможность проведения глубокого анализа при поиске наиболее оптимальной конструкции с точки зрения качества поля.

Практическая ценность работы

• Исследования и разработки, проведенные автором, применены для изготовления магнитных систем, работающих в действующих ускорителях Tevatron, HERA [1], на установке Tesla Test Facility [2]. Автором создано уникальное программное обеспечение, с помощью которого разработаны

магнитные системы, принятые за основу в проектах ускорителей УНК, Neutrino Factory, SIS300.

• Магнитная система Tevatron Electron Lens, представленная в диссертации, разработана и изготовлена в ИФВЭ. Она установлена на ускорителе Tevatron и успешно эксплуатируется в течение нескольких лет. С помощью этой системы удалось улучшить параметры пучков протонов и антипротонов ускорителя, работающего в коллайдерном режиме.

• Конструкция квадруполя с высоким градиентом поля, разработанная автором, использует обмотку из NbjSn и может с успехом применяться в новых проектах ускорителей заряженных частиц, в частности, в участках встреч коллайдеров.

• Предложенная автором конструкция сверхпроводящего диполя, создающего быстроциклирующие магнитные поля, принята за основу для моделирования прототипа дипольного магнита в качестве главного элемента магнитной структуры в последней ступени SIS300 разрабатываемого в GSI (Дармштадт) нового ускорительного комплекса для ускорения тяжелых ионов.

• Предложенные автором методы оптимизации и созданное программное обеспечение с успехом можно применять при конструировании магнитных систем в любой области науки и техники, например при разработке магниторезистивного томографа для медицинских целей [3].

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались на:

• научных семинарах ИФВЭ, FNAL, GSI, DESY;

• всесоюзных и российских совещаниях по ускорителям заряженных частиц в Дубне (1989; 1992; 2004 гг.), Протвино (1994, 1996; 1998, 2000 гг.), Обнинске (2002 г.);

• европейских конференциях по ускорителям в Берлине (1992 г.), Лондоне (1994 г.), Стокгольме (1998 г.), Париже (2002 г.), Люцерне (2004 г.), Генуе (2005 г.);

• национальных конференциях США по ускорителям в Далласе (1995 г.), Чикаго (2001 г.), Сан-Франциско (2003 г.), Ноксвилле (2005);

• международных ускорительных конференциях в Цукубе (1992 г.) и Гамбурге (1992 г.);

• Международной конференции по прикладной сверхпроводимости в Джек-сонвилле (2004 г.);

• международных конференцияч по магнитным технологиям в Цукубе (1989 г.), Ленинграде (1992 г.), Пекине (1997 г.), Женеве (2001 г.), Морио-ке (2003 г.), Генуе (2005 г.).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1] — [27] в виде препринтов ИФВЭ и FNAL, статей в российских ("Атомная энергия" и "Электротехника") и иностранных ("Nuclear Instruments & Methods") журналах, а также в сборниках трудов соответствующих конференций.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 160 наименований. Объем диссертации без списка литературы составляет 260 страниц, в том числе 136 рисунков и 85 таблиц. Список основных научных работ, представляющих важнейшие результаты диссертации, составляет 26 наименований.

Содержание работы

В первой главе приводятся описание основного программного обеспечения, разработанного автором, а также основные формулы и представления поля и интеграла поля, ■ которые будут использованы далее. Комплекс программ, включающий в себя пакет программ MULTIC [4] и программу HARM-3D [5], дает возможность расчета практически всех характеристик трехмерных магнитных полей любой конфигурации и произвольной трехмерной геометрии. Предложенные алгоритмы минимизации поля и оптимизации геометрии позволяют уменьшить процессорное время счета на несколько порядков по сравнению с аналогичными программами, имеющимися в других лабораториях мира.

Разработанное программное обеспечение с успехом может применяться в любых отраслях науки и техники для создания систем, в состав которых входят магнитные элементы.

Во второй главе приведены основные характеристики диполей и квадру-полей УНК, результаты испытаний опытно-промышленной партии полномасштабных диполей УНК [6] — [7] и трех полномасштабных квадруполей УНК [9]. Проведенный статистический анализ результатов магнитных и геометрических измерений позволил сформулировать методы коррекции качества поля в процессе массового производства магнитов. Сравнение параметров сверхпроводящего магнита УНК с другими аналогичными конструкциями, разработанными в научных лабораториях мира, показывает, что и сегодня эта конструкция не потеряла актуальности. Сверхпроводящий диполь УНК не уступает, а в некоторых случаях и превосходит по своим характеристикам другие сверхпроводящие диполи аналогичного класса, что позволяет использовать эту конструкцию в качестве базовой для разработки новых перспективных магнитов следующего поколения.

Система коррекции УНК состоит из диполей, квадруполей и секступолей. Проведенный анализ показал, что магнит с совмещенными обмотками обладает рядом недостатков, и предпочтительнее использовать раздельные магниты типа

«суперферрик». В результате численного исследования магнитных характеристик, проведенной оптимизации качества поля и минимизации веса магнитов выбрана оптимальная конструкция магнитов, удовлетворяющая требованиям системы коррекции [12]. Система коррекции по сравнению с аналогичной системой, основанной на мультипольных корректорах, имеет более простые системы управления, питания и охлаждения. Конструкция магнитов типа «суперферрик» более технологична, что удешевляет их производство, и имеет расход сверхпроводящего материала в 1.6 раза меньше по сравнению с мультипольны-ми корректорами.

Важные результаты были получены при разработке диполя с повышенной передаточной функцией. На основе конструкции диполя УНК с минимальной доработкой был разработан, изготовлен и испытан диполь с номинальным полем 6 Тл и скоростью нарастания поля 0.28 Тл/сек [13]. Полученные результаты подтверждают, что разработанная конструкция диполя УНК имеет большой запас надежности и может быть взята за основу для дальнейших разработок диполь-ных магнитов с более критическими параметрами.

В третьей главе рассматривается соленоидальная магнитная система. Для компенсации кулоновского взаимодействия протон-антипротонных пучков на Tevatron предложен эксперимент Beam-Beam Compensation (ВВС). Идея эксперимента заключается в использовании пучка электронов для компенсации возмущения пучка антипротонов, вызванного зарядом пучка протонов. В результате должен уменьшиться разброс бетагронных частот, что приведет к уменьшению потерь пучка антипротонов и, в итоге, к увеличению светимости Tevatron.

Для проведения пучка электронов вдоль всей трассы, начиная от электронной пушки и кончая электронным коллектором, в ИФВЭ разработана и изготовлена магнитная система Tevatron Electron Lens (TEL) [14] - [15]. Она состоит из основного сверхпроводящего соленоида длиной 2.5 м, внутренней апертурой 152 мм и максимальным рабочим полем 6.5 Тл. Над соленоидальной обмоткой размещаются 6 сверхпроводящих диполей для управления траекторией электронного пучка. Все сверхпроводящие магниты расположены в одном криостате. Электронная пушка и коллектор помещены в отдельные резистивные соленоиды, в которых дополнительно размещены корректирующие теплые обмотки, которые можно коммутировать как два диполя, или как один квадруполь. После модернизации магнитной системы в нее было добавлено еще шесть резистивных поворотных соленоидов [16]. Уникальная магнитная система позволяет работать в разных режимах магнитного поля. TEL установлена в Tevatron и работает в течение нескольких лет. Эксперименты на ней продолжаются, но уже получен ряд положительных результатов.

В четвертой главе рассмотрены конструкции магнитов на основе Nb3Sn. Для повышения светимости в ускорительно-накопительных комплексах необходимо увеличение силы квадрупольных магнитов в участках встреч. Использова-

кабель. Для повышения амплитуды магнитного поля рассмотрена возможность использования ВТСП материала из В ¡2223.

В настоящее время в ОБГ (Дармштадт) разрабатывается новый ускорительный комплекс, предназначенный для ускорения тяжелых ионов, в частности и+28, и+1)2. Последняя ступень этого комплекса 818300 основана на сверхпроводящих диполях, создающих быстроциклирующие магнитные поля. Амплитуда магнитного поля в таком магните равна 6 Тл, а скорость нарастания поля во время ускорения — 1 Тя/сек. В пятой главе рассматривается разработка конструкции сверхпроводящего диполя с требуемыми параметрами. Первоначально апертура магнита была равна 80 мм, что соответствовало апертуре магнита диполей УНК. После проведенной работы автором было показано, что конструкция диполей УНК с успехом может быть принята за основу нового диполя. При этом необходимо использовать новый токонесущий элемент, оптимальные параметры которогабыли определены на этой стадии разработок

После этой Итерации требования к физическим экспериментам на 815300 были расширены, что вызвало необходимость увеличения апертуры по обмотке до 100 мм. При этом конструкция диполя существенно усложнилась. Для выбора оптимальной геометрии с целью снижения тепловых потерь в магните автором были проанализированы три возможные конструкции, отличающиеся в основном толщиной бандажа. Первая из них имела бандаж с толщиной, обеспечивающей удержание всех сил, возникающих в обмотке. Во второй конструкции толщина бандажа была уменьшена, и бандаж предназначался только для сборки и захолаживания обмоточного блока. Далее все пондеромоторные силы будут восприниматься магнитопроводом. В третьей конструкции бандаж отсутствует, и все его функции выполняет магнитопровод. При приближении магнитопрово-да к обмотке вклад в центральное поле от него увеличивается, при этом уменьшается рабочий ток в обмотке и снижаются тепловые потери в магните. Но увеличивается насыщение магнитопровода, что приводит к большому искажению поля. Конструкция магнита также усложняется. Температурный запас всех конструкций превышал 0.5 К, что близко к диполям УНК и ББС.

При анализе и исследовании магнитных характеристик автором были предложены дополнительные условия оптимизации геометрии поперечного сечения и лобовых частей, при выполнении которых подавлялись низшие нелинейностей поля и интеграла поля, интегрированные по времени ускорения частиц. Это позволит снизить нагрузку на системы коррекции.

После численного моделирования и анализа полученных зависимостей как компромисс вышеперечисленных преимуществ и недостатков за основу была выбрана вторая конструкция с бандажом, предназначенным для сборки магнита и его захолаживания В этой главе представлены также пути понижения тепло-, вых потерь ¿' ¿бмотке и возможные методы повышения температурного запаса магнита. Автором показано, что для каждой конструкции существует оптималь-

ный диаметр СП-провода, минимизирующий потери в обмотке. Повышать температурный запас гораздо экономичнее за счет понижения входной температуры гелия, чем за счет увеличения объема сверхпроводника путем увеличения числа проволок в кабеле.

После длительных обсуждений с разработчиками SIS300 и международным комитетом было принято решение повысить температурный запас до 1 К путем увеличения числа проволок в кабеле и оставить в качестве резерва возможность понижения температуры входного гелия. При этом число проволок возросло до 36, что соответствует числу проволок в кабеле, применяемом для наружного слоя сверхпроводящих диполей LHC. Конструкция этого кабеля была принята за основу. Использование не полностью кистоунированного кабеля существенно усложнило конструкцию магнита. При разработке этой конструкции автору удалось комбинацией параметров толщины магнитопровода и радиуса отверстия для обратного потока II-фазного гелия независимо подавить низшие нелинейности поля и интеграла поля, проинтегрированные по времени ускорения частиц.

В Заключении подводятся итоги проведенных автором исследований и разработок.

В диссертации представлены разработанные методы формирования магнитных полей в сверхпроводящих магнитах для ускорителей заряженных частиц. Обобщены методики аналитических и численных расчетов, обеспечивающие получение качества магнитного поля с высокой точностью. Разработаны .методы, позволяющие производить коррекцию геометрии магнитов в процессе их изготовления и обеспечить воспроизводимость характеристик при массовом производстве. Установлена корреляция результатов магнитных измерений, проведенных при комнатной температуре и температуре жидкого гелия.

На основе результатов магнитных измерений, выполненных при комнатной температуре, предложены методы коррекции магнитного поля в процессе массового производства,' которые позволяют оперативно исправить случайные ошибки при изготовлении дипольных магнитов. Показано, что сортировка полуобмоток дает возможность улучшить качество магнитного поля и повторяемость при массовом производстве. Определено минимальное число полуобмоток, необходимое для проведения сортировок и получения надежных результатов.

Сравнение параметров сверхпроводящего магнита УНК с другими аналогичными конструкциями, разработанными в научных лабораториях мира, показывает, что и сегодня эта конструкция не потеряла свою актуальность. Сверхпроводящий диполь УНК не уступает, а в некоторых случаях и превосходит по своим. характеристикам другие сверхпроводящие диполи аналогичного класса, что позволяет использовать эту конструкцию в качестве базовой для разработки новых перспективных магнитов следующего поколения.

Магнитная система Tevatron Electron Lens, представленная в диссертации, разработана и изготовлена в ИФВЭ. Она установлена на ускорителе Tevatron и

магнита, используемого в последней ступени SIS300 разрабатываемого в GSI

(Дармштадт) нового комплекса ускорительного комплекса для ускорения тяжелых ионов.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

[1] Parker В., Smirnov N.L., Tkachenko L.M. Development of Septum Quadrupole Prototype for DESY. Препринт ИФВЭ 98-55, Протвино, 1998. NIM, A 434 (1999) pp. 297-302.

[2] Бахер P., Курнаев O.B., Милов П.А., Милова H.B., Смирнов Н.Л., Сычев В.А., Ткаченко JI.M. Разработка и испытание квадрупольных магнитов для Tesla-Test Facility. Труды. XV Be. сов. по УЗЧ. - ИФВЭ, Протвино, 1996, т.2, с. 158.

[3] Барбашев Э.В. Матвейчук П.А. Рубинрауг A.M., Ткаченко JI.M. Магнитное поле магниторезонансного томографа с постоянными магнитами. - Электротехника, 8, 1995, с. 47.

[4] Ткаченко JI.M. Пакет программ MULTIC для расчета магнитных полей произвольной конфигурации. Препринт ИФВЭ 98-28, Протвино 1998.

[5] Purtov S.V, Tkachenko L.M. HARM-3D - a Code to Calculate Magnetic Characteristics of SC Magnets. Proc. of 15 Int. Conf. on Magnet Technology, Beijing, China, October 20-24. 1997. Science press, Beijing, China, Vol. l,pp. 1335-1338.

[6] Балбеков В.И., Герцев К.Ф., Злобин А.В., Ткаченко JI.M., Мызников К.П., Петренко И.И., Смирнов H.JL, Чирков П.Н.. Анализ результатов магнитных измерений опытно промышленной партии СП диполей УПК. Труды. XIII Вс. сов. по УЗЧ. - ОИЯИ, Дубна, 1992, т.2, с. 331-336.

[7] Balbekov V.I., Gertsev K.F., Myznikov К.Р., Petrenko I.I., Smirnov N.L., Tkachenko L.M., Zlobin A.V. Magnetic Field Quality in the Pilot Industrial Batch's of the SC dipoles of the UNK.. Proc. XV Int. Conf on High Energy Accelerators, IPAC'92, Hamburg, July 1992, V.2, p.632. Балбеков В.И., Герцев К.Ф., Злобин А.В., Мызников К.П., Петренко И.И., Смирнов H.JI., Ткаченко JI.M., Чирков П.Н. Качество магнитного поля в опытно-промышленной партии СП-диполей УНК. Препринт ИФВЭ 92-69, Протвино 1992.

[8] Ageev A.I., Andreev N.I., Balbekov V.I., Chirkov P.N., Dolzhenkov V.I., Gertsev K.F., Gridasov V.I., Myznikov K.P., Smirnov N.L., Sychev V.A., Syt-nikV.V., Tarakanov N.M., Tkachenko L.M., Vasiliev L.M., Zinchcnko S.I.,

Zlobin A.V. Results on Testing Pilot Industrial Batch of SC Magnets for the UNK. Proc. of European Particle Accelerator Conference EPAC'1992, Berlin, Germany, March 1992, pp. 1411-1413.

[9] Andreev N.I., Chirkov P.N., Gertsev K.F., Gridasov V.l., Myznikov K.P., Syt-nik V.V., Tkachenko L.M., Trofimov S.V., Zinchenko S.I., Zlobin A.V. Development and Study of the Superconducting Quadrupole Magnet for the UNK. Proceed, of European Particle Accelerator Conference EPAC'1994, London, 1994, Vol.3, p.p.2280-2282. London, June, 1994.

[10] Chirkov P., Gertsev K., Gridasov V., Myznikov K., SytnikV., Sychev V., Tkachenko L., Zinchenko S., Zlobin A.. Development and Study of the UNK Superconducting Magnets. Proc. of 1993 Particle Accelerator Conf., Washington, USA, May 12-16, 1993, Vol.4, p. 2772-2774.

[11] Korablev V.M., Tkachenko L.M. Calculation of Magnetic Fields Using Surface Currents and Law of Full Current Conservation. Препринт ИФВЭ 95-44, Протвино, 1995. NIM, A 378 (1996) 620-623.

[12] Васильев JI.M., Козуб С.С., Мызников К.П., Сытник В.В., Ткаченко Е.В., Ткаченко Л.М., Чирков П.Н. Сверхпроводящие корректирующие магниты УНК. Труды XVI Вс. сов. по УЗЧ. - ИФВЭ, Протвино, 1998, стр. 53.

[13] Васильев Л.М., Гридасов В.И., Козуб С.С., Мызников К.П. Слабодчи-ков П.И., Сытник В.В., Ткаченко Л.М, Трофимов С.В. Сверхпроводящий дипольный магнит с повышенной передаточной функцией. Труды. XV Вс. сов. по УЗЧ. - ИФВЭ, Протвино, 1996, т.2, с. 98.

[14] Bogdanov I., Kashtanov Е., Kozub S., Kuznetsov G., Pleskach V., Sery A., Shilt-sev V., Sytnik V., Tkachenko L., Zintchenko S., Zubko V. Tevatron Electron Lens Magnetic System. Proc. of 2001 Particle Accelerator Conf., Chicago, Illinois, USA, June 18-22, 2001, pp.3630-3633. SLAC-PUB-9011, FERMILAB-CONF-Ol-153.

[15] Bogdanov I., Kozub S., Pleskach V., Sytnik V., Shcherbakov P., Tikhov A., Tkachenko L., Zintchenko S., Zubko V., Bishofberger K., Hively R., Krafzcyk G., Kuznetsov G., Martinez A., Pfeffer H., Shiltsev V., Solyak N., Wolff D. Test Results of the Magnetic System for the Tevatron Electron Lens. Proc. of European Particle Accelerator Conference EPAC 2002, Paris, France, 2002, pp.2433-2435.

[16] Zhang X., Crisp J., Fitzgerald J., Kuznetsov G., Olson M., Pfeffer H., Saewert G., Semenov A., Shiltsev V., Solyak N., Wildman D., Bishofberger K., Kashtanov E., Kozub S., Sytnik V., Tiunov M., Tkachenko L. Upgrades of the Tevatron Electron Lens. Proc. of 2003 Particle Accelerator Conf., San-Francisco, California, USA, May 12-16, 2003, pp. 1781-1783.

[17] Bogdanov I.V., Gridasov V.l., Myznikov K.P., Shcherbakov P.A., Sytnik V.V., Tkachenko L.M., Vassiliev L.M. Geometry Optimization of a High Gradient Quadrupole Magnet. Proc. of 15 Int. Conf. on Magnet Technology, Beijing, China, October 20-24. 1997. Science press, Beijing, China, Vol. 1, pp. 13881391.

[18] Bogdanov I.V., Gridasov V.l., Myznikov K.P., Shcherbakov P.A., Slabodchikov P.I., Sytnik V.V., Tkachenko L.M., Vassiliev L.M., Nikulin A.D., Shikov A.K., Silaev A.G., Vorobyova A.E., Klimcnko E.Yu., Novikov S.I., Novikov M.S. Development of a High-Gradient Quadrupole Magnet with a Kb3Sn Cable. Proceed. of European Particle Accelerator Conference EPAC'1998, Stockholm, 1998, pp. 2035-2037.

[19] Bodanov I., Kozub S., Pleskach P., Shcherbakov P., Sytnik V., Zubko V., Holtkamp N., Tkachenko L., Terechkine I. Muon Transport Channels with Longitudinal Magnetic Field. Proc. of 2001 Particle Accelerator Conf., Chicago, Illinois, USA, June 18-22, 2001, pp. 3627-3629.

[20] Ageev A., Bogdanov I., Kozub S., Shcherbakov P., Slabodchikov P., Tkachenko L., Sytnik V.. Zubko V., Blasche K., Kaugerts J., Moritz G. Development of a Superconducting Dipole with Fast-Cycling Magnetic Fields. Proceed. of European Particle Accelerator Conference EPAC 2002, Paris, France, 2002, pp. 2436-2438.

[21] Агеев А.И., Богданов И.В., Зубко B.B., Козуб С.С., Слабодчиков П.И., Ситник В.В., Ткачснко JI.M., Щербаков П.А., Blasche К., Kaugerts J., Moritz G. Исследование возможности использования СП дипольных магнитов УНК для создания быстроциклирующих магнитных полей. 18-е совещание по УЗЧ. - Обнинск, 1-4 октября 2002 г. с.332-337. АЭ, т.93, вып.6, 2002, стр. 442-445.

[22] Агеев А.И., Богданов И.В., Зубко В.В., Козуб С.С., Мызников К.П., Олю-нин A.A., Слабодчиков П.И., Сытник В.В., Ткаченко JI.M., Щербаков П.А. Разработка и исследование дипольного магнита с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводника Труды. 18-го совещания по УЗЧ. - Обнинск, 1-4 октября 2002 г. с.319-325.. АЭ, т.93, вып.6, 2002, стр. 437-442.

[23] Ageev A., Bogdanov I., Kozub S., Shcherbakov P., Slabodchikov P., Sytnik V., Tkachenko L., Zubko V., Kaugerts J., Moritz G. Development of Superconducting Dipole Design for Creation of Fast-Cycling Magnetic Fields. Proceed, of 18 Int. Conf. on Magnet Technology, Morioka, Japan, 2003. IEEE Trans, on Appl. Sup., Vol. 14, Num. 2, pp. 295-299.

[24] Tkachenko L., Bogdanov I., Kozub S., Shcherbakov P., Slabodchikov P., Sytnik V., Zubko V., Kaugerts J., Moritz G. Comparison of three Designs of Wide Aperture Dipole for the SIS300 Ring. Proc. of European Particle Accelerator Conference EPAC'2004, Lucerne, Switzerland, 2004, pp. 1747-1749.

[25] Tkachenko L., Bogdanov I., Kozub S., Shcherbakov P., Slabodchikov P., Zubko V., Moritz G., Sytnikov V. Methods for Reducing Cable Losses in Fast-Cycling Dipoles for the SIS300 Ring. Proc. of European Particle Accelerator Conference EPAC'2004, Lucerne, Switzerland, 2004, pp. 1750-1752.

[26] Kaugerts J. E., Moritz G., Muehle C., Ageev A., Bogdanov I., Kozub S., Shcherbakov P., Sytnik V., Tkachenko L., Zubko V., Tommasini D., Wilson M.N., Hassenzahl W. Design of a 6 T, 1 T/s Fast-Ramping Synchrotron Magnet for GSI's Planned SIS 300 Accelerator. ASC-2004. IEEE Trans. Applied Supercon. Vol. 15, No. 2, June 2005, pp. 1225-1227.

[27] Bogdanov I. Kozub S., Shcherbakov P., Tkachenko L., Zubko V., Muehle C., Moritz G., Tommasini D. Optimization of Dipole with Partial Keystone Cable for the SIS300, Proc. of 19 Conf. on Magnet Technology, MT-19, Genoa, Italy, 2005.

Рукопись поступила 29 декабря 2005 г.

JI.M. Ткаченко.

Разработка и исследование перспективных направлений развития сверхпроводящих магнитных систем для ускорительных комплексов заряженных частиц.

Оригинал-макет подготовлен с помощью системы Word. Редактор Н.В.Ежела.

Подписано к печати 30.12.2003. Формат 60x84/16. Офсетная печать. Печ.л. 1,9. Уч.-изд.л. 0,75. Тираж 100. Заказ 5. Индекс 3649.

ЛР №020498 06.04.97.

ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий 142280, Протвино Московской обл.

АВТОРЕФЕРАТ 2005-48 И Ф В Э, 2005

Введение.

I Глава. Методы расчета магнитного поля и оптимизации геометрии сверхпроводящих магнитов.

1.1 Представление поля и основные определения.

1.1.1 Представление поля.

1.1.2 Представление интегрального поля.

1.2 Численные алгоритмы расчета магнитного поля.

1.2.1 Пакет программ MULTIC.

1.2.2 Программа HARM-3D.

1.2.3 Расчет нелинейностей поля.

1.2.4 Расчет интегральных нелинейностей поля.

1.3 Оптимизация геометрии мультипольных магнитов.

1.3.1 Центральное сечение.

1.3.2 Лобовые части.

1.4 Выводы.

II Гпава. Сверхпроводящие магниты УНК.

11.1 Основные диполи и квадруполи.

II. 1.1 Диполи.

II. 1.2 Квадруполи.

11.2 Оптимизация геометрии магнитов систем коррекции.

11.2.1 Требования к конструкции.

11.2.2 Дипольный корректор.

11.2.3 Квадрупольный корректор.

11.2.4 Секступольный корректор.

11.2.5 Основные расчетные характеристики СП—корректоров.

11.3 Сверхпроводящий дипольный магнит с повышенной передаточной функцией.

11.3.1 Конструкция модели СП диполя.

11.3.2 Результаты испытаний модели.

11.4 Методы коррекции качества поля дипольных магнитов.

11.4.1 Корреляции технологических параметров обмотки.

11.4.2 Сортировка полуобмоток.

11.4.3 Результаты измерений магнитных характеристик.

11.4.4 Корреляция гармоник для теплых и холодных измерений.

11.4.5 Связь геометрических и магнитных параметров.

11.4.6 Коррекция нелинейностей по результатам теплых измерений.

II.5 Выводы.

III Гпава. Магнитная система Tevatron Electron Lens.

III. 1.1 Общее описание магнитной системы.

III. 1.2 Параметры сверхпроводящих магнитов.

III. 1.3 Магнитопровод.

III. 1.4 Теплые соленоиды.

III. 1.5 Результаты испытаний.

III. 1.6 Модернизация магнитной системы TEL.

III.2 Выводы.

IV Глава. Перспективные направления развития сверхпроводящих магнитных систем.

IV.1 Характеристики сверхпроводящих материалов.

IV. 1.1 NbTi.

IV. 1.2 Nb3Sn.Ill

IV. 1.3 ВТСП.

IV. 1.4 Область применения сверхпроводящих материалов.

IV.2 Сверхпроводящий квадруполь с высоким градиентом поля на основе МЬзБп.

IV.2.1 Свойства материалов.

IV.2.2 Оптимизация геометрии.

IV.2.3 Допуски на точность изготовления.

IV.2.4 Выводы.

IV.3 Магнитные системы для четырех каналов Нейтринной Фабрики ФНАЛ.

IV.3.1 Описание каналов.

IV.3.2 Магнитные характеристики каналов.

IV.4 Выводы.

V Гпава. Сверхпроводящий диполь, создающий быстроцикпирующие магнитные поля.

V.1 Возможность применения диполей УНК для создания быстроциклирующих магнитных полей.

V.1.1 Требования к качеству поля.

V. 1.2 Условия оптимизации геометрии.

V. 1.3 Выбор токонесущего элемента.

V. 1.4 Параметры оптимизированной геометрии.

V. 1.5 Критическая температура диполя.

V.1.6 Анализ влияния тепловыделений на температурный режим.

V.2 Широкоапертурный диполь.

V.2.1 Требования к сверхпроводящему материалу.

V.2.2 Намагниченность сверхпроводника.

V.2.3 Свойства материала магнитопровода.

V.2.4 Условия оптимизации.

V.2.5 Общее описание конструкций.

V.2.6 Геометрия поперечного сечения, основные зависимости.

V.2.7 Центральное сечение.

V.2.8 Оптимальный диаметр провода.

V.2.9 Оптимизация геометрии лобовых частей.

V.2.10 Сравнение трех геометрий.

V.2.11 Методы подавления кабельных потерь.

V.2.12 Увеличение температурного запаса диполей SIS-300.

V.3 Геометрия с неполностью кистоунированным кабелем.

V.3.1 Деградация критического тока в кабеле.

V.3.2 Характеристики кабеля.

V.3.3 Геометрия поперечного сечения.

V.3.4 Оптимизация лобовых частей.

V.3.5 Потери в магните и температурные зависимости.

V.4 Выводы.

Широкое распространение для исследования микромира получили ускорители заряженных частиц (УЗЧ), энергия которых растет практически экспоненциально за последние 40 лет. Одним из основных элементов подавляющего большинства кольцевых УЗЧ на большие энергии является магнитная система, составляющая до 60% общей стоимости всей машины. Постоянно растущие требования в физических экспериментах к увеличению энергии ускорителей, их интенсивности, повышению светимости в коллайдерных режимах, роста темпа набора энергии в процессе ускорения и пр. приводят к необходимости разработки новых проектов УЗЧ на высокие и сверхвысокие энергии (УНК [1], SSC [2], LHC [3], [4], VLHC [5], Neutrino Factory [6], Muon Collider [7], GSI [8]) и модернизации существующих рабочих установок (Tevatron [9], HERA [10]).

Основной элемент магнитной системы кольцевых ускорителей, и, как правило, наиболее сложный в разработке и изготовлении - дипольный магнит, предназначенный для поворота пучка заряженных частиц. Во многих случаях диполи с центральным полем до 1.5-2 Тл более экономично изготавливать с медной или алюминиевой обмоткой, работающих при комнатной температуре. Далее такие магниты будут называться «теплыми» магнитами. Как правило, обмотка имеет водяное или воздушное охлаждение. Центральное поле Во и его однородность в теплых магнитах формируется магнитопроводом, вклад от него в Во составляет 80-90%.

Диполи с Во до 6.5-7 Тл изготавливаются из сверхпроводящей (СП) обмотки на основе NbTi, работающей при 4.2 К. Обычно обмотка в центральном сечении состоит из слоев в виде кольцевых секторов, заключенных в бандаж для механической поддержки. В последнее время цилиндрический магнитопровод расположен непосредственно за бандажом, и вся сборка составляет холодную массу, помещаемую в криостат. Вклад в поле от обмотки в СП диполях составляет 75-80%, остальное дает магнитопровод. Однородность поля также в основном формируется геометрией обмотки, поэтому требования к точности ее изготовления достаточно жесткие, на уровне 50 мкм. СП обмотка наматывается на образующей цилиндра и имеет седлообразную форму. Начало разработок и изготовления таких магнитов можно отнести к 60-ым годам прошлого столетия. Надо отметить, что понижение температуры в магнитах с обмоткой из NbTi до 1.8 К дает выигрыш в критическом токе примерно в 40% по сравнению с температурой 4.2 К. Тем не менее, криогенное оборудование для таких низких температур достаточно сложное и энергоемкое, что в сумме приводит к неэффективности этого пути. К тому же появляются проблемы со сверхтекучестью гелия, что усложняет конструкцию магнита и ужесточает требования к его производству. Руководство ЦЕРНа при проектировании ускорителя LHC [3] приняли решение использовать сверхнизкие температуры для магнитной системы, исходя из наличия уже существующего тоннеля, однако в процессе разработок конструкции магнита центральное поле диполя пришлось снизить с 10 до 8.3 Тл

4].

Диполи до 10-12 Тл используют обмотку из NbjSn, критический ток и критическая температура этого материала выше, чем у NbTi. Разработка новых технологий изготовления провода и обмоток из NbjSn по схемам «намотка-отжиг» позволила решить проблемы с хрупкостью провода. Поэтому настоящее развитие эти магниты получили в 90-ые годы прошлого века. Тем не менее, стоимость Nb3Sn в несколько раз выше, чем NbTi. Технология изготовления обмоток также гораздо сложнее. За последние годы произошел большой прогресс в повышении критической плотности тока J с для NbjSn в несколько раз и достигает величин вплоть до 3 кА/мм в поле 12 Тл при 4.2 К [11], [12], что дает возможность рассмотрения конструкций дипольных магнитов до 15 Тл [13], [14].

Дальнейшее увеличение поля в дипольных магнитах возможно с применением гибридных обмоток, внутренний слой которых состоит из ВТСП материала. Критическая плотность тока таких ВТСП как Bi2212, Bi2223 при температуре жидкого гелия и полей свыше 15 Тл практически не зависит от внешнего магнитного поля и по своей величине превышает критическую плотность тока Nb3Sn [15]. Первые разработки диполя с обмоткой из ВТСП [16] - [19] подтвердили перспективность этого направления. Следует ожидать, что при промышленном производстве стоимость ВТСП материала резко снизится до приемлемой величины, сравнимой или немного превосходящей стоимость материала NbjSn. На первом этапе такие магниты могут использоваться в местах с ограниченным пространством, например, в участках встреч ускорительных комплексов, работающих в коллайдерном режиме.

Требования к качеству поля основных диполей, установленных в ускорителе, составляют величины порядка 10", что вызывает необходимость тщательной технологии изготовления. Для магнитов в каналах вывода эти требования могут быть на порядок слабее.

Аналогичное разделение по полю и классификации по материалам и типам можно отнести и к квадрупольным магнитам, если рассмотреть поле на обмотке слоевых магнитов, определяемое как В = Gor, Go - градиент магнита в апертуре, г - расстояние до обмотки. Квадрупольные магниты в магнитной структуре ускорителя предназначены для фокусировки-дефокусировки пучка частиц.

Мультипольные магниты более высоких порядков (секступоли, октуполи) в основном используются в системах коррекции.

Актуальность темы

Разработка магнитных систем непрерывно сопровождается математическим моделированием, позволяющим резко сократить расходы на создание различных элементов и системы в целом, выявить ряд проблем, требующих дополнительного исследования, найти оптимальные решения, упростить конструкцию, повысить ее эффективность, сократить эксплуатационные расходы и т.д. В большинстве случаев новые магнитные системы обладают требованиями к физическим параметрам, превосходящими те, что имелись в предыдущих системах. Это приводит к необходимости поиска новых решений, использовании новых материалов и пр. Конструкция магнитных систем должна обеспечить высокую однородность поля в апертуре, хорошую повторяемость при массовом производстве, стабильность всех магнитных характеристик в процессе ускорения, минимальную стоимость системы, в том числе и эксплуатационную стоимость, высокую надежность и работоспособность в различных режимах.

Цель диссертационной работы:

Диссертационная работа представляет результаты разработок сверхпроводящих магнитных систем для крупных проектов ускорителей типа УНК, GSI (SIS300), а также для модернизации работающих ускорителей, в частности, Те-vatron. Для решения этих задач были разработаны методы расчета нелинейных трехмерных магнитных полей, на основе которых создано соответствующее программное обеспечение. Разработаны методики, позволяющие обеспечить необходимую точность и воспроизведение магнитных полей в процессе массового производства.

Научная новизна

1. Разработанные автором методы оптимизации трехмерной геометрии сверхпроводящих магнитов по быстродействию на несколько порядков превосходят зарубежные аналоги, что дает возможность проведения глубокого анализа при поиске наиболее оптимальной конструкции с точки зрения качества поля.

2. Параметры сверхпроводящих диполей УНК, изготовленных в ИФВЭ, и на сегодняшний день позволяют им конкурировать с аналогичными магнитами, разрабатываемыми в других лабораториях мира.

3. Магнитная система Tevatron Electron Lens, представленная в диссертации, разработана и изготовлена в ИФВЭ. Она представляет собой уникальную конструкцию, состоящую из 7 сверхпроводящих магнитов и 12 теплых. Эта система позволяет провести пучок электронов над пучком антипротонов в местах встреч ускорителя Теватрон и ослабить кулонов-ское возмущение, вызванное пучком протонов. Предусмотрена регулировка как траектории, так и поперечной формы электронного пучка.

4. Оптимизированная конструкция квадруполя с высоким градиентом поля, разработанная автором, использует обмотку из NbjSn с геометрией, в которой впервые в мире были независимо подавлены нелинейности поля и интеграла поля. Минимизация поля на лобовых частях квадруполя позволила резко повысить градиент в центральной части и увеличить эффективную длину магнита.

5. Разработка магнитных систем и предложенные автором алгоритмы минимизации поля в магнитах соленоидальных каналов Neutrino Factory открыли возможность создания сверхпроводящих магнитных систем на основе NbjSn с требуемыми параметрами. Проведен анализ использования в обмотках ВТСП для повышения амплитуды поля.

6. Сверхпроводящий диполь, создающий быстроциклирующие магнитные поля, имеет рекордные параметры по скорости изменения поля, на порядок превышающие существующие аналоги. Предложенная автором конструкция выбрана для изготовления прототипа дипольного магнита, предназначенного для использования в качестве основного элемента магнитной структуры SIS300. Конструкция обладает минимальными тепловыми потерь, что существенно снижает эксплуатационные расходы.

Практическая ценность работы

• Исследования и разработки, проведенные автором, применены для изготовления магнитных систем, работающих в действующих ускорителях Tevatron, HERA [20] - [25], на установке Tesla Test Facility [26]. Автором создано уникальное программное обеспечение, с помощью которого разработаны магнитные системы, принятые за основу в проектах ускорителей УНК [1], Neutrino Factory [27] - [29], SIS-300 [8].

• Магнитная система Tevatron Electron Lens, представленная в диссертации, разработана и изготовлена в ИФВЭ. Она установлена на ускорителе Tevatron и успешно эксплуатируется в течение нескольких лет.

Конструкция квадруполя с высоким градиентом поля, разработанная автором, использует обмотку из NbjSn и может с успехом применяться в новых проектах УЗЧ, в частности, в участках встреч коллайдеров. Предложенная соискателем конструкция сверхпроводящего диполя, создающего быстроциклирующие магнитные поля, принята за основу для моделирования прототипа дипольного магнита, как основного элемента магнитной структуры в последней ступени SIS300 разрабатываемого в GSI (Дармштадт) нового ускорительного комплекса для ускорения тяжелых ионов

Разработанные соискателем методы оптимизации и программное обеспечение с успехом можно применять для разработок магнитных систем в любой области науки и техники, например, при разработке магниторе-зистивного томографа для медицинских целей [30]. Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались на: научных семинарах ИФВЭ, FNAL, GSI, DESY; всесоюзных и российских совещаниях по ускорителям заряженных частиц в Дубне (1989; 1992; 2004 гг.), Протвино (1994, 1996; 1998, 2000 гг.), Обнинске (2002 г.); европейских конференциях по ускорителям в Берлине (1992 г.), Лондоне (1994 г.), Стокгольме (1998 г.), Париже (2002 г.), Люцерне (2004 г.); национальных конференциях США по ускорителям в Далласе (1995 г.), Чикаго (2001 г.), Сан-Франциско (2003 г.), Ноксвилле (2005); международных ускорительных конференциях в Цукубе (1992 г.) и Гамбурге (1992 г.); международной конференции по прикладной сверхпроводимости в Джек-сонвилле (2004 г.);

• международной конференции по магнитным технологиям в Цукубе (1989 г.), Ленинграде (2002 г.), Пекине (1997 г.), Женеве (2001 г.), Мо-риоке (2003 г.), Генуе (2005 г.); и опубликованы в виде препринтов ИФВЭ и FNAL, статей в российских (Атомная энергия и Электротехника) и иностранных (Nuclear Instruments & Methods) журналах, Трудах соответствующих конференций.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 160 наименований. Объем диссертации без списка литературы составляет 260 страниц, в том числе 136 рисунков и 85 таблиц. Список основных научных работ, представляющих важнейшие результаты диссертации, составляет 26 наименований.

V.4 Выводы

Расчеты показали, что конструкция диполя УНК может служить прототипом для разработки диполя с быстроциклирующими полями, удовлетворяющего условиям, предъявляемым к диполям SIS300. Полные потери в новом диполе можно уменьшить как минимум вдвое по сравнению с диполями УНК путем соответствующего выбора токонесущего элемента. Температурный запас магнита остается достаточно маленький и для его увеличения необходимо снижать входную температуру гелия. Качество поля даже на высоких полях вполне удовлетворительное.

При изменении требований к диполю, связанных, в первую очередь, с увеличением апертуры обмотки с 80 до 100 мм, были проанализированы различные конструкции магнита. Главная цель - снижение уровня тепловых потерь для уменьшения стоимости эксплуатационных расходов. При этом учитывались требования к высокому качеству поля и повышение надежности конструкции при ее изготовлении и эксплуатации. В результате анализа магнитных, тепловых и механических характеристик выбрана оптимальная конструкция диполя, в которой бандаж предназначен для сборки магнита и его захолаживании, а все остальные силы, возникающие при вводе-выводе тока, воспринимаются магнитным ярмом. При оптимизации этих геометрий автором было предложено рассмотреть дополнительные условия оптимизации качества поля в апертуре магнита, а также качества интегрального поля, заключающиеся в подавлении интегралов низших нелинейностей поля и интеграла поля по времени ускорения частиц. Это уменьшает нагрузку на системы коррекции и упрощает настройку работы машины.

Дополнительное требование от разработчиков комплекса SIS-300 в увеличении температурного запаса магнита до 1 К привело к необходимости использования неполностью кистоунированного кабеля. В оптимизированной геометрии, основанной на кабеле из 36 жил, удалось подавить интегралы нелинейностей поля по времени ускорения частиц с помощью комбинации различных геометрических параметров магнитопровода. Также показаны преимущества материала стали 2212, позволяющие получить более качественное поле, выше температурный запас, что обеспечивает более надежную работу магнита, а также более длинную эффективную длину диполя по сравнению со сталью М250-50. При скорости нарастания магнитного поля в 1 Тл/сек был достигнут температурный запас, близкий к 1 К.

Заключение

В диссертационной работе представлены разработанные методы формирования магнитных полей в сверхпроводящих магнитах для ускорителей заряженных частиц. Обобщены методики аналитических и численных расчетов, обеспечивающих получение полей с высокой точностью. Разработаны методы, позволяющие производить коррекцию геометрии магнитов в процессе их изготовления и обеспечить воспроизводимость характеристик при массовом производстве. Установлена корреляция результатов магнитных измерений, проведенных при комнатной температуре и температуре жидкого азота. На основе результатов «теплых» магнитных измерений предложены методы коррекции магнитного поля в процессе массового производства, которые позволяют оперативно исправить случайные ошибки при изготовлении дипольных магнитов. Показано, что сортировка полуобмоток дает возможность улучшить качество магнитного поля и повторяемость при массовом производстве.

Сравнение параметров сверхпроводящего магнита УНК с другими аналогичными конструкциями, разработанными в научных лабораториях мира, показывает, что и на сегодняшний день эта конструкция не потеряла актуальности. СП диполь УНК не уступает, а в некоторых случаях и превосходит по своим характеристикам другие сверхпроводящие диполи аналогичного класса, что позволяет использовать эту конструкцию в качестве базовой для разработки новых перспективных магнитов следующего поколения.

Магнитная система Tevatron Electron Lens, представленная в диссертации, разработана и изготовлена в ИФВЭ. Она установлена на ускорителе Tevatron и успешно эксплуатируется в течение нескольких лет. С помощью этой системы удалось повысить светимость ускорителя. Кроме того, эта система позволяет сдвигать бетатронные частоты протонного пучка, что полезно при настройке параметров машины в целом.

Представленная работа по разработке сверхпроводящего квадруполя с высоким градиентом поля была сделана в 1998 г. За это время произошел очень большой прогресс в развитии свойств материала NbjSn. Изменилась как технология производства, так и качественные характеристики материала NbjSn. Достаточно сказать, что критический ток NbjSn за это время возрос с 0.55 до Л

3 к А/мм при стандартных условиях (поле 12 Тл, температура 4.2 К). Учитывая это обстоятельство, все критические параметры, включая градиент поля и критическую температуру магнита, можно повысить довольно существенно. Это позволяет утверждать, что конструкция квадрупольного магнита не потеряла своей актуальности и на сегодняшний день и является конкурентно-способной среди существующих и разрабатываемых конструкций в других лабораториях мира. Оптимизированная конструкция квадруполя с высоким градиентом поля, разработанная автором, использует обмотку из NbjSn, имеет независимо подавленные нелинейности поля и интеграла поля и может с успехом применяться в новых проектах ускорителей заряженных частиц, в частности, в участках встреч коллайдеров.

Проведен предварительный выбор геометрий четырех каналов проекта Нейтринной Фабрики, что позволяет провести предварительную оценку стоимости проекта, включая стоимость разработок магнитных систем, их изготовление и эксплуатацию. Некоторые геометрические и магнитные параметры систем были оптимизированы и были определены их оптимальные значения. Окончательная стоимость проекта может быть определена только после разработки детальных чертежей. Видно, что основная часть стоимости каналов составляет стоимость сверхпроводящих магнитов, среди которых львиную долю стоимости приходится на Drift Channel. Разумеется, проведена только первая итерация, и для завершения всех разработок необходимо продолжать работы в тесном сотрудничестве с разработчиками сопутствующих систем, таких как резонаторы, линейный ускоритель, системы защиты магнитов, источники тока и пр. При этом необходимо проводить большой цикл не только магнитных расчетов, но также и расчетов механики и тепловых расчетов.

Сверхпроводящий диполь, создающий быстроциклирующие магнитные поля, имеет рекордные параметры по скорости изменения поля, на порядок превышающие существующие аналоги. Минимизация тепловых потерь в таком магните существенно снижает эксплуатационные расходы. Предложенная соискателем конструкция этого сверхпроводящего диполя принята за основу для изготовления прототипа дипольного магнита, используемого в последней ступени SIS-300 разрабатываемого в GSI (Дармштадт) нового комплекса ускорительного комплекса для ускорения тяжелых ионов.

Автор считает своим долгом выразить искреннюю признательность уважаемым оппонентам, взявшим на себя тяжкий труд анализа диссертации; К.П. Мызникову за научную консультацию работы; И.В. Богданову, В.В. Зубко, С.С. Козубу и П.А. Щербакову, любезно представившим некоторые результаты по свойствам материалов, тепловым расчетам и анализу эксплуатационной стоимости быстро цикл ирующего диполя. Большое и плодотворное сотрудничество в процессе разработок всех конструкций магнитных систем проводилось в тесной кооперации с конструкторами, много полезных замечаний и обсуждений было высказано Сытником В.В. Результаты магнитных измерений сверхпроводящих магнитов УНК представлены Смирновым H.JI. и Тиховым А.В., а коридор допусков на нелинейности магнитного поля и интеграла поля - Чирковым П.Н.

1. Ускорительно-накопительный комплекс на энергию 3000 ГэВ (Физическоеобоснование). — Препринт ИФВЭ 93-27, Протвино, 1993.

2. Conceptual Design of the Superconducting Super Collider, SSC-5R-2020, SSC

3. Central Design Group, LBL (Berkeley, CA 5472), March 1986.

4. CERN, European Organisation for Nuclear Research: The Large Hadron Collider,

5. Conceptial Design, CERN 91-03, Geneva, 1991.

6. The Large Hadron Collider Conceptual Design, The LHC Study Group, CERN/AC/95-05 (LHC), 20 October 1995.

7. Design Study for a Staged Very large Hadron Collider. — Fermilab-TM-2149,1. June-4, 2001.

8. Holtkamp N. et al. A Feasibility Study of a Neutrino Source Based on a Muon

9. Storage Ring. — SLAC-reprint-2000-054, FermiLab-pub-00-108-E, June 2000.

10. Neuffer D. V. Colliders: Possibilities and Challenges. NIM, V. 350, Issues1.2, 15 Oct., 1994, pp. 27-35.8. http://www.gsi.de/GSI-Future/cdr/

11. The Energy Doubler. A Progress Report for the Energy Doubler, Saver, Collider

12. Project, june 1976, A Report of the Design of the FNAL Superconducting Accelerator, May, 1979.

13. HERA Proposal DESY, Proposal for a Large Electron-Proton Colliding Beam Facility at DESY. DESY HERA 81-10 (July 1981).

14. Zlobin A.V. et al. Large-Aperture Nb3Sn Quadrupoles for 2nd Generation LHC IRs. — European Particle Accelerator Conference EPAC 2002, Paris, France, 2002.

15. Zlobin A.V. et al., Conceptual Design Study of Nb3Sn Low-Beta Quadrupoles for 2nd Generation LHC IRs, — Proceedings of 2002 Applied Superconductivity Conference, Houston, TX, August 2002.

16. Battle C. et al. Optimization of Block-Coil Dipoles for Hadron Colliders. , — Proceedings of 2002 Applied Superconductivity Conference, New York, NY, 2002, p.p. 1936-2938.

17. Gupta R. et al. Common Coil Magnet Program at BNL. Proceedings of 2000 Applied Superconductivity Conference, Virginia Beach, 2000.

18. Richens P.E. et al., Progress in Iron Cored High-Tc Magnet Development for Electromagnetic Actuator Applications, — Proc. of XV Conf. on Magnet Technology, MT-15, Beijing, China, 1997, p.785-788.

19. Богданов И.В. и др. Диполь с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводника. — 17 совещание по УЗЧ, Протвино, 16-20 октября 2000 г. с.414-417.

20. Bogdanov I.V. et al. Dipole with Coil Based on High Temperature Superconductor. — Proc. of 2001 Particle Accelerator Conf., Chicago, Illinois, USA, June 18-22, 2001, pp.3624-3626.

21. Bogdanov I.V. et al. Test Results of HTS Dipole. — Proc. of XVII Int. Conf. on Magnet Technology, MT-17. Geneva, Swiss 2001.

22. Богданов И.В. и др. Разработка и исследование дипольного магнита с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводника. — 18 совещание по УЗЧ, Обнинск, 1-4 октября 2002 г.

23. Parker В., Smimov N.L., Tkachenko L.M. Разработка прототипа септум квадрупольного магнита для DESY. — Тр. XVI Вс. сов. по УЗЧ, ИФВЭ, Протвино, 1998.

24. Кротов Н.В. и др. Разработка измерительной системы для исследования магнитных характеристик прототипа септум квадруполя MSQ. — Тр. XVI Вс. сов. по УЗЧ, ИФВЭ, Протвино, 1998.

25. Parker В., Smirnov N.L., Tkachenko L.M. Development of Septum Quadrupole Prototype for DESY. Препринт ИФВЭ 98-55, Протвино, 1998. // NIM, A 434 (1999) p.p.297-302.

26. Marx M., Parker В., Wumpelmann H. Concept for a New Magnetic Septum Quadrupole, — European Particle Accelerator Conference EPAC'96, Barcelona, Spain, June, 1996.

27. Bondarchuk E. et al. Normal Conducting QM Quadrupole for the HERA Luminosity Upgrade. — European Particle Accelerator Conference EPAC-98, Stockholm, Sweden, 1998, p.p. 1972-1974.

28. Balevsky K. et al. Improved Proton Injection into HERA via PETRA Optics Trickery: Are the Prospects Real or Imaginary? European Particle Accelerator Conference EPAC-96, Barcelona, Spain. 1006.

29. Бахер P. и др. Разработка и испытание квадрупольных магнитов для Tesla-Test Facility. — Тр. XV Вс. сов. по УЗЧ, т.2, с.158, ИФВЭ, Протвино, 1996.

30. Bogdanov I. et al. Magnetic Systems of Solenoid for Four Channels of Neutrino Factory. 17 совещание по УЗЧ, Протвино, 16-20 октября 2000 г. c.422-427.

31. Bogdanov I. et al. Magnetic Systems for Four Channels of Neutrino Factory. Muon Colliders at the High Energy Frontier, // Proceedings ed. A. Coldwell and B. King, ISBN: 1-58949-020-7 Rinton Press, pp. 1-24.

32. Bogdanov I. et al. Muon Transport Channels with Longitudinal Magnetic Field. — Proc. of 2001 Particle Accelerator Conf., PAC'2001, Chicago, Illinois, USA, June 18-22, 2001, pp.3627-3629.

33. Барбашев Э.В., Матвейчук П.А., Рубинраут A.M., Ткаченко JI.M. Магнитное поле магниторезонансного томографа с постоянными магнитами. // Электротехника, 8, 1995, с.47-52.

34. Russenschuk S. (Editor): ROXIE: Routine for the Optimization of magnet X-sections, Inverse Field Calculation and Coil End Design, First International ROXIE users meeting and workshop, 16-18.03.1998, — Proceedings. CERN 9901. ISBN 92-9083-140-5.

35. Balbekov V.I, et al. Test results of Pilot Industrial Batch of Superconducting Di-poles for the UNK. — European Particle Accelerator Conference EPAC-92, Berlin, Germany, March, 1992, p.p.1411-1413.

36. Balbekov V.I, et al. Magnetic Field Quality of Pilot Industrial Batch of Superconducting Dipoles for the UNK. — International Particle Accelerator Conference IPAC'92', Hamburg, Germany, 1992.

37. Balbekov V.I, et al. Test results of Pilot Industrial Batch of Superconducting Dipoles for the UNK. — International Particle Accelerator Conference IPAC'92, Tsukuba, Japan, June, 1992.

38. Balbekov V.I, et al. Development and Study of the UNK Superconducting Magnets. — Proc. of 1995 Particle Accelerator Conf., Dallas May, 1995.

39. Балбеков В.И, и др. Анализ результатов магнитных измерений опытно-промышленной партии СП-диполей УНК. — Тр. XIII Вс. сов. по УЗЧ, ОИ-ЯИ, Дубна, 1992, т.2, с.ЗЗ 1-335.

40. Балбеков В.И, и др. Качество магнитного поля в опытно-промышленной партии СП-диполей УНК. — Препринт ИФВЭ 92-69, Протвино 1992.

41. Andreev N.I, et al. Development and Study of the Superconducting Quadrupole Magnet for the UNK. — European Particle Accelerator Conference EPAC'94', London, June, 1994.

42. Андреев Н.И, и др. Результаты испытаний полномасштабных прототипов сверхпроводящего квадрупольного магнита УНК. — Тр. XIV Вс. сов. по УЗЧ, Протвино, 1994, т.4, с.213.

43. Rybakov Е. et al. Design and Tests of UNK Superconducting Correction Magnet Models. — Proc. of 1993 Particle Accelerator Conf., PAC'93, May, 1993. Washington, USA.

44. Васильев JI.M. и др. Сверхпроводящие корректирующие магниты УНК. Тр. XVI Вс. сов. по УЗЧ, ИФВЭ, стр. 53, Протвино, 1998.

45. Васильев JI.M, и др. Сверхпроводящий дипольный магнит с повышенной передаточной функцией. Тр. XV Вс. сов. по УЗЧ, т.2, с.98-102, ИФВЭ, Протвино, 1996.

46. Shiltsev V. Beam-Beam Compensation Using Electron Beam in Tevatron. — HEACC'98. Dubna, 1998.

47. Shiltsev V. et al. Compensation of Beam-beam Effects in the Tevatron with Electron Beams. — FNAL-Pub/98-260.

48. Shiltsev V. et al. Beam-Beam Compensation in Tevatron: Status Report. — Proc. of Particle Accelerator Conf., PAC-2001, v.1, p.154, Chicago, USA, 2001.

49. Wada H. and Tashikawa K. Fabrication of New Superconductors, — ICFA Workshop, 1986, p. 123-126.

50. Ткаченко Л.М. Пакет программ MULTIC для расчета магнитных полей произвольной конфигурации. — Препринт ИФВЭ 98-28, Протвино, 1998.

51. Tkachenko L.M. Codes MULTIC2 and MULTIC3. In "Computer Codes in Accelerator Domain", Internal Report, DESY M-92-07, p.40-41. Nov., 1992.

52. Purtov S.V., Tkachenko L.M. HARM-3D a Code to Calculate magnetic characteristics of Superconducting Magnets. Proc. of XV Conf. on Magnet Technology, Bejing, China, 1997, Vol.1, p.179-182.

53. Rosten H.I. A Method for the Calculation of the Magnetostatic Field from a Wide Class of Current Geometries. RL-74-077, 1974.

54. PAW Physical Analysis Workstation. CERN Program Library Long Writeup Q121. CERN, Geneva, Switzerland.

55. Ткаченко Л.М. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №990286. Российское агентство по патентам и товарным знакам (Роспатент), 1999.

56. Tkachenko L.M. Code HARM. In "Computer Codes in Accelerator Domain", Internal Report, DESY M-92-07, p.21. Nov., 1992.

57. Ткаченко Л.М. Программ HARM. В кн. "Программы расчета и моделирования для уск. техники" (сборник аннотаций), НС АН и Минатома РФ по комп. проблеме "Персп. уск. комплексы и новые методы ускорения 34".

58. Информационный фонд алгоритмов и программ по ускорительной тематике. Москва, 1992, с.39.

59. Ткаченко JI.M. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №990284. Российское агентство по патентам и товарным знакам (Роспатент), 1999.

60. Tkachenko L.M. Code INCO. In "Computer Codes in Accelerator Domain", Internal Report, DESY M-92-07, p.24. Nov, 1992.

61. Colyer В. The Geometry of Constant Perimeter Dipole Windings/ RL-73-143.

62. Bossert R.C. et al. Analytical Solution to SSC Coil End Design. FERMILAB-Conf-89/54.

63. Suszycki L, et.al. HERA Luminosity Upgrade, DESY workshop working group report, July, 1997.

64. Балбеков В.И, Чирков П.И. Влияние сектуполной и декаполной нелинейностей на бетатронное движение частиц в УНК. Препринт ИФВЭ 84-167, Серпухов, 1984.

65. Ерегин В.Е., Сычевский С.Е. Титов В.А. Оптимизация формы лобовых частей сверхпроводящего дипольного магнита с седлообразной обмоткой. Препринт НИИЭФА П-Б-0580, Ленинград, 1982.

66. Балбеков В.И, Ткаченко JI.M. Анализ факторов, влияющих на однородность поля СП диполя. — Препринт ИФВЭ 82-109 Серпухов, 1982.

67. Балбеков В.И, Ткаченко JI.M. Оптимизация формы лобовых частей сверхпроводящих диполей УНК. — Препринт ИФВЭ 82-167, Серпухов, 1982.

68. Ткаченко Л.М. Расчет магнитных характеристик сверхпроводящих диполей и квадруполей УНК. — Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Серпухов, 1989.

69. Васильев В.А, и др. Измерение и расчет потерь в импульсном дипольном магните. — Препринт ИФВЭ 79-161 Серпухов, 1979.

70. Агеев А.И, и др. Разработка моделей сверхпроводящих дипольных магнитов УНК. — Докл. на XXIV Межд. конф. стран чл. СЭВ по ФТНТ, Берлин, ГДР, 1985.

71. Агеев А.И, и др. Сверхпроводящий дипольный магнит УНК с холодным железом. — Труды X Всесоюзного совещания по УЗЧ, Дубна, 1986.

72. Ageev A.I, et al. Superconducting Cold Iron Dipole Magnet for UNK. — Proc. of the ICFA Workshop on Superconducting and Cryogenics, BNL, 1986, p. 199.

73. Агеев А.И, и др. Исследование моделей СП-диполей УНК с холодным магнитным экраном. — Препринт ИФВЭ 89-27 Серпухов 1989, Тр. XI Вс. Сов. по УЗЧ, ОИЯИ, Дубна, 1989, т.2, с.227-232.

74. Агеев А.И, и др. Исследование моделей сверхпроводящего дипольного магнита УНК. — Тр. XI Междунар. конф. по магнитн. техн., МТ-11, Тсу-куба, Япония, 1989, т. 2, с. 111-115.

75. Агеев А.И, и др. Исследование сверхпроводящего дипольного магнита УНК. — Препринт ИФВЭ 89-187, Серпухов 1989.

76. Агеев А.И, и др. Разработка и исследование сверхпроводящих магнитов УНК. — Препринт ИФВЭ 90-158 Серпухов 1989 Тр. XII Вс. сов. по УЗЧ, ОИЯИ, Дубна, 1992, т.2, с.215-218.

77. Ageev A.I, et al. The Development and Study of Superconducting Magnets for the UNK. — MT-12 IEEE Trans.on Magnetics, v.28, N 1, 1992, p.682-686.

78. Progress Report. Acceleration of polarized Protons to 1 Tev in the Fermilab Tevatron. Spin Collaboration, August, 1, 1994.

79. Meinke R. Methods for Production Measurements of SC Magnets, — DESY, HERA, 90-06, 1990.

80. Augures G.L. et al. Room Temperature Magnet Measurements of SC Magnets, — European Particle Accelerator Conference EPAC'90, Nice, France, 1990.

81. Смирнов H.JI. Методики магнитных измерений СП диполей УНК. — Доклад на VII Международном совещании по магнитным измерениям в Дарм-штадте, ФРГ, 18-21 июня 1991 г.

82. Chirkov P.N. et al. Magnet Sorting along the Ring of the 1st Stage of the UNK. 3rd European Particle Accelerator Conference (EPAC 92), Berlin, Germany, 2428 Mar 1992, p.p. 711-713.

83. Bogdanov I, et al. Magnetic System of the Tevatron Electron Lens. 17 совещание по УЗЧ, Протвино, 16-20 октября 2000 г. c.427-430; FERMILAB-CONF-OO-337 (Jan 2001).

84. Bogdanov I. et al. Magnetic Measurement Results of Tevatron Electron Lens. -17 совещание по УЗЧ, Протвино, 16-20 октября 2000 г. с.430-433; FERMI-LAB-CONF-OO-338 (Jan 2001).

85. Bogdanov I. et al. Tevatron Electron Lens Magnetic System. — Proc. of 2001 Particle Accelerator Conf., Chicago, Illinois, USA, June 18-22, 2001, pp.36303633; SLAC-PUB-9011, FERMILAB-CONF-Ol-153

86. Bogdanov I. et al. Characterization of the Tevatron Electron Lens Magnetic System. — Proc. of 2001 Particle Accelerator Conf., PAC'2001 Chicago, Illinois, USA, June 18-22, 2001, pp.3406-3408.

87. Bogdanov I. et al. Test Results of the Magnetic System for the Tevatron Electron Lens. — European Particle Accelerator Conference EPAC 2002, Paris, France, 2002, p.p.2433-2435.

88. Богданов И.В. и др. Модернизация магнитной системы ТЭЛ для компенсации эффектов взаимодействия пучков в ускорителе Tevatron. — 18 совещание по УЗЧ, Обнинск, 1-4 октября 2002 г.

89. Zhang X. et al. Upgrades of the Tevatron Electron Lens. — Proc. of 2003 Particle Accelerator Conf., PAC-2003, Can-Francisco, California, USA, May, 2003.

90. The fT fi Collider Collaboration. V \i Collider. A Feasibility Study. — BNL-52503, July 1996.

91. Green M.A. et al. Superconducting Solenoids for the Muon Collider. — Proc. of XVI Conf. on Magnet Technology, MT-16, 1999, Ponte Vedra Beach, Fl, USA.

92. Сытников B.E. Частное сообщение.

93. Okada N. HTS High Field Magnets. — Proc. of XVI Conf. on Magnet Technology, MT-16, 1999, Ponte Vedra Beach, Fl, USA.

94. Marken K., Parell J. and Hong S. BSCCO-2212 Conductors for High Field Magnets. — Proc. of XVI Conf. on Magnet Technology, MT-16, 1999, Ponte Vedra Beach, Fl, USA.

95. Ageev A.I. et al. The Development and Study of Superconducting Magnets for the UNK. — Proc. of XII Conf. on Magnet Technology, Proc. of XII Conf. on Magnet Technology, MT-12, Leningrad, June, 1991, p.682.

96. M.S. Lubell, Empirical Scaling Formulas for Critical Current and Critical Field for Commercial NbTi, IEEE Trans, on Magnetics MAG-19, No.3, p.754, 1983.

97. M. Morita et al. Stability analysis in cryogen-free superconducting magnets during current excitation, Proceedings of MT-15, Beijing, China, 1997, Vol. 2.

98. Bogdanov I.V. et al. Geometry Optimization of a High Gradient Quadrupole Magnet. — Proc. of XV Conf. on Magnet Technology, Bejing, China, 1997, Vol.2, p.1388-1392.

99. Богданов И.В. и др. Разработка сверхпроводящего квадруполя с высоким градиентом поля на основе Nb3Sn. — Препринт ИФВЭ 99-28, Протвино, 1999.

100. Bogdanov I.V. et al. Study of the Nb3Sn Cable Characteristics for SC Quadru-pole with High Gradient. — Proc. of XV Conf. on Magnet Technology, MT-15, Beijing, China, 1997.

101. Davidov I. et al. Development and Investigation of Multifilamentary Nb0Sn Conductors to be used in the ITER. // IEEE Trans. Magn., Vol.30, No.4, p.2316-2320, July 1994.

102. Kramer E.J. Scaling laws for flux pinning in hard superconductors. // Journal of Applied Physics, 44(3), 1973, p.1360-1365.

103. Summers L.T.,Guinan M.W.,Miller J.R. and Hahn P.A. A model for the prediction of Nb3Sn critical current as a function of field, temperature, strain and radiation damage. // IEEE Transactions on Magnets, Vol.27, March 1991.

104. Металловедение и технология сверхпроводящих материалов. Москва, "Металлургия", 1987, с.211. // Superconducting Materials Science. Metallurgy, Fabrication and Applications. Edited by Simon Forner and Brian B.Schwartz, Plenum Press, New York and London.

105. Байдаков А.Н.и др. Исследование магнитных свойств нержавеющей и электротехнической сталей при низких температурах для СП-магнитов УНК, — Препринт ИФВЭ 92-77, Протвино, 1992

106. Байдаков А.Н. и др. Исследование намагниченности воротников СП-диполей УНК. — Препринт ИФВЭ 89-59, Серпухов, 1989.

107. I.V. Bogdanov, L.M. Tkachenko et al. Study of the Nb3Sn cable characteristics for SC-quadrupole with high gradient. Proc. of XV Conf. on Magnet Technology, Bejing, China, 1997, Vol.1, p. 179.

108. H.I. Rosten The Constant Perimeter End. RL-73-096, 1973.

109. С. Daum, Three-Dimensional Computation of Magnetic Fields and Lorentz Forces of an LHC Dipole Magnet, NIKHEF-H/89-12, Amsterdam, 1989.

110. D.C. Larbalestier and P.J. Lee, Prospects for the Use of High Temperature Superconductors in High Field Accelerator Magnets, Proc. of 1999 Particle Accelerator Conf., PAC'99, New York, 1999, p. 177.

111. Никулин А.Д., Шиков A.K., Акимов И.И., ВТСП-проводники: от исследования к применению, — XVI совещание по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1999, сб. докладов т.2, стр. 13-16.

112. Шиков А.К., Козленкова Н.И., Акимов И.И. и др. Характеристики провода Bi-2223/(Ag+Au) для токовводов на 600 А, — XVI совещание по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1999, сб. докладов т.2, стр.41-44.

113. Ballarino A., Application of High Temperature Superconductors to Accelerators, — European Particle Accelerator Conference EPAC-2000, Vienna, Austria, 2000, p.227-229.

114. Bogdanov I. et al., Application of HTS Bi-2223 for Current Leads of Superconducting Magnets, — European Particle Accelerator Conference EPAC-2000, Vienna, Austria, 2000, p.2178.

115. Gupta R., Common Coil Magnet System for VLHC, — Proc. of 1999 Particle Accelerator Conf., PAC'99, New York, 1999, p.3239.

116. Gosh A.K, Cozzolino J.P., Harrison M.A. et al., A Common Coil Magnet for Testing High Field Supercoductors, — Proc. of 1999 Particle Accelerator Conf., PAC'99, New York, 1999, p.3230-3232/

117. Богданов И.В. и др. Диполь с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводника. — 17 совещание по УЗЧ, Протвино, 16-20 октября 2000 г. с.414-417.

118. Bogdanov I.V. et al. Dipole with Coil Based on High Temperature Superconductor. — Proc. of 2001 Particle Accelerator Conf, Chicago, Illinois, USA, June 18-22, 2001, pp.3624-3626.

119. Bogdanov I.V. et al. Test Results of HTS Dipole. — Proc. of XVII Int. Conf. on Magnet Technology, MT-17. Geneva, Swiss 2001.

120. Богданов И.В. и др. Разработка и исследование дипольного магнита с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводника. — 18 совещание по УЗЧ, Обнинск, 1-4 октября 2002 г.

121. Richens Р.Е. et al. Progress in Iron Cored High-Tc Magnet Development for Electromagnetic Actuator Applications, — Proc. of XV Conf. on Magnet Technology, MT-15, Beijing, China, 1997, p.785-788.

122. DiMarko J. et al. Measurement of Crenelated Iron Pole Tip for the VLHC Transmission Line Magnet, — Proc. of 1999 Particle Accelerator Conf, PAC'99, New York, 1999, p.3327-3330.

123. Field M. et al. Progress with Nb3Sn conductors at Oxford Instruments, Superconducting Technology. // Applied Superconductivity, IEEE Transactions on Volume 11, Issue 1, March 2001, p.p.3692 3695.

124. Lamm M. J. Nb3Sn Accelerator Magnet Development Around the World. — European Particle Accelerator Conference EPAC 2002, Paris, France, 2002.

125. Ageev A. et al. Development of a Superconducting Dipole with Fast-Cycling Magnetic Fields. — European Particle Accelerator Conference, EPAC'2002, Paris, France, 2002, p.p. 2436-2438.

126. Агеев А.И. и др. Исследование возможности использования СП дипольных магнитов УНК для создания быстроциклирующих магнитных полей. — 18 совещание по УЗЧ, Обнинск, 1-4 октября 2002 г.

127. Ageev A. et al. Development of Superconducting Dipole Design for Creation of Fast-Cycling Magnetic Fields. — Proc. of XVII Int. Conf. on Magnet Technology, MT-18, Morioka, Japan, 2003.

128. Wilson M.N. Superconducting magnets. Claredon Press. Oxford, 1983.

129. Дмитревский Ю.ГГ. и др. Поперечное сопротивление плоского транспонированного сверхпроводящего кабеля. — Препринт ИФВЭ 82-139, Серпухов,1982.

130. Baidakov A.N. et al., Study of the Current Carrying Element of the Superconducting Dipole Magnet for the UNK, — Proc. of XI Conf. on Magnet Technology, MT-11, Tsukuba, Japan, 1988.

131. Bogdanov I. et al. Comparison of three Designs of Wide Aperture Dipole for the SIS300 Ring. — European Particle Accelerator Conference EPAC 2004, Lucerne, Switzerland, 2004, p.p. 1747-1749.

132. Bogdanov I. et al. Methods for Reducing Cable Losses in Fast-Cycling Dipoles for the SIS300 Ring. — European Particle Accelerator Conference EPAC 2004, Luceme, Switzerland, 2004, p.p. 1750-1752.

133. Bogdanov I. et al. Study of Quench Process in Fast-Cycling Dipole for the SIS300 Ring. — European Particle Accelerator Conference, EPAC 2004, Lucerne, Switzerland, 2004, p.p. 1744-1746.

134. Bogdanov I. et al. Study of Electrical Steei Magnetic Properties for Fast Cycling Magnets of the SIS 100 and SIS300 Rings. — European Particle Accelerator Conference, EPAC 2004, Lucerne, Switzerland, 2004, p.p. 1741-1743.

135. Bogdanov I. et al. Stability of Fast-Cycling Dipole for the SIS300 Ring. — European Particle Accelerator Conference, EPAC 2004, Lucerne, Switzerland, 2004, p.p.1756-1758.

136. Bogdanov I. et al. Comparative Analysis of Wide Aperture Dipole Designs for the SIS300 Ring. — 19 совещание по УЗЧ, Дубна, 4-8 октября 2004 г.

137. Bogdanov I. et al. Minimization of Cable Losses in Fast-Cycling Dipole for the SIS300 Ring. — 19 совещание no УЗЧ, Дубна, 4-8 октября 2004 г.

138. Bogdanov I. et al. Magnetic Properties of Silicon Electrical Steels and Its Application in Fast Cycling Superconducting Magnets at Low Temperatures. — 19 совещание no УЗЧ, Дубна, 4-8 октября 2004 г.

139. Bogdanov I. et al. Quench Process in Fast-Cycling Superconducting Dipole for the SIS300. — 19 совещание no УЗЧ, Дубна, 4-8 октября 2004 г.

140. Bogdanov I. et al. Enthalpy Margin and Stability of Fast-Cycling Dipole for the SIS300 Ring. — 19 совещание по УЗЧ, Дубна, 4-8 октября 2004 г.

141. Ageev A. et al. Design of a 6 T, lT/s Fast-Ramping Synchrotron Magnet for GSI's Planned SIS 300 Accelerator. — Applied Superconductor Conference, ASC-2004, Jacksonville, USA, 3-8 October, 2004.

142. Bogdanov I. et al. Optimization of Dipole with Partial Keystone Cable for the SIS300. Proc. of XIX Conf. on Magnet Technology, MT-19, Genoa, Italy, 2005.

143. GSI Request for Quote (RFQ) for 3.5 Micron Filament Copper Matrix NbTi Wire. 2002.

144. Ghosh A.K. et all. Anomalous Low Field Magnetization in Fine Filament NbTi conductor. Proximity Effect in Superconducting Wire. // IEEE Trans.on Magnetics. Vol.MAG-23. No.2, March 1987, p. 1724-1727.145. http://www.vacuumschmelze.de

145. Zelensky G.K. et al. Development of Composite Superconductors for Accelerator-Storage Magnets. — Report at the Intern. Conf. on Cryogenic Materials (Structure, Applications and Properties). Shenuang, P.R. China, 1988.

146. Александров А.Г. и др. Автоматическая измерительная система для параметров сверхпроводящего провода. — Препринт ИФВЭ 87-197. Серпухов, 1987.

147. Холоднокатанные электротехнические стали. Справочник. Под ред. Б.М. Молотилова, // М. Металлургия, 1989.

148. Wilson М. Notes on Discussions at GSI about AC Losses in SIS300. 28 Jan.2004.

149. Wanderer P. et all. Initial Test of Fast-Ramped Superconducting Model Dipole for GSI's Proposed SIS-200 Accelerator, — Proc. of 2003 Particle Accelerator Conf., PAC-2003, May 2003, USA.

150. Wilson M. N. et al. Cored Rutherford Cables for the GSI Fast Ramping Synchrotron. — Proc. 2002 Applied Superconductivity Conf., Houston TX, Aug. 49, 2002.

151. Sumption M.D., Scanlan R.M. and Collings E.W. Coupling Loss and Contact Resistance in Cored Staybrite Cables-Influence of Compaction and Variation of Core Width, — Applied Superconductor Conference, ASC-2000, USA.

152. Artoos K. et al. Design, Manufacturing Status, First Results of the LHC Main Dipole Final Prototypes and Steps Towards Series Manufacture. — LHC Project Report 346.

153. Royetand J.M., Scanlan R.M., Development of Scaling Rules for Rutherford Type Superconducting Cables, — IEEE Trans, on Mag., Vol. 27, No.2, March 1991, p.1807. (ASC).

154. Capone D.W. et al. Cable Keystone Angle Optimization for 40-mm SSC Quadruple Magnet Development, // Supercollider 4, Edited by J. Nonte, Plenum Press, New York, 1992 (IISSC-4), p. 669.

155. Сурков A.H. Разработка методов и устройств для точного формования и контроля за геометрией сверхпроводящего токонесущего элемента для импульсных магнитов УНК. — Препринт ИФВЭ 89-23, Серпухов, 1989.

156. Shintomi Т. et al., Development of large keystone angle cable for dipole magnet with ideal arch structure, // Adv. in Cryo. Eng., (Materials), Plenum Press, 1990.

157. Scanlan R.M., Royet J. and Hannaford R. Fabrication of Rutherford SC Cables for Construction of Dipole Magnets, — ICMC'88, China, p.391.

158. LHC Design Report. CERN 2004-003. Vol. I, p. 157.

159. M.N. Wilson et al. "Cored Rutherford Cables for the GSI Fast Ramping Synchrotron." IEEE Trans, on V.13, Issue 2, June 2003 p.:1704 1709.