Синхротрон релятивистских тяжелых ионов НУКЛОТРОН в ускорительном комплексе NICA тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ТРУБНИКОВ Григорий Владимирович

СИНХРОТРОН РЕЛЯТИВИСТСКИХ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ НУКЛОТРОН В УСКОРИТЕЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ NICA

Специальность: 01.04.20 — физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

9-2012-71 На правах рукописи УДК 621.384.633

Дубна 2012

005046528

Работа выполнена в Лаборатории физики высоких энергий им. В.И.Векслера и А.М.Балдина Объединенного института ядерных исследований, г.Дубна.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Н.Н.Алексеев

В.В.Пархомчук

Ю.Н.Денисов

доктор физико-математических наук, начальник ускорительного центра, ФГБУ «ГНЦ РФ - ИТЭФ» доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, Новосибирск доктор технических наук, профессор, советник при дирекции института, Объединенный институт ядерных исследований, г.Дубна

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: ФГБУ «ГНЦ РФ - ИФВЭ»

Институт физики высоких энергий, НИЦ «КИ», г.Протвино

2012 г. в «

Защита диссертации состоится «_»_

часов на заседании диссертационного совета Д-047.01.03 при Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований. Адрес: 141980, г.Дубна Московской обл., ул.Жолио-Кюри, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ. Автореферат разослан «_»_2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д-047.1 доктор физико-математических наук, профессор

Ю.А.Батусов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) - новый ускорительный комплекс, создаваемый в ОИЯИ, основной задачей которого является обеспечение экспериментов на встречных пучках тяжелых ионов вплоть до золота с кинетическими энергиями до 4.5x4.5 ГэВ/н для изучения в лабораторных условиях сильно нагретой и сжатой ядерной материи, а также исследование природы спина нуклонов. Это одни из наиболее перспективных направлений современной фундаментальной физики. Планируемая программа фундаментальных и прикладных исследований охватывает несколько научных направлений в разных областях науки: физике тяжелых ионов высоких энергий и спиновой физике, физике низких температур, ядерной физике, физике частиц, физике конденсированных сред, биофизике и радиобиологии, медицине. Выполнение этой программы требует новых решений в физике и технике ускорителей, применения новых математических методов для численного моделирования.

При проектировании накопителей заряженных частиц на встречных кольцах необходимо обеспечить сверхвысокие вакуумные условия, чтобы влияние рассеяния пучка на остаточном газе было незначительным и было возможно накопление высокоинтенсивных пучков тяжелых ионов. Одним из важнейших вопросов является создание и оптимизация систем питания сверхпроводящих ускорительных комплексов. Актуальным является развитие и модернизация сверхпроводящего ускорительного комплекса Нуклотрон для ускорения в нем пучков тяжелых ионов до релятивистских энергий, поскольку этот синхротрон используется также для отработки режимов будущего коллайдерного комплекса. Одним из важнейших элементов нового ускорительного проекта ОИЯИ - NICA/MPD является сверхпроводящий синхротрон Бустер, поэтому разработка его концептуального проекта также актуальна. Бустер будет использоваться не только для фундаментальных

исследований, параллельно основной физической программе, на выведенных пучках будет проводиться широкий спектр прикладных исследований (медицина, радиобиология, материаловедение, включая исследование радиационной стойкости материалов).

Для получения максимальной светимости в экспериментах на встречных пучках необходимо обеспечить устойчивость пучков высокой плотности циркулирующих и сталкивающихся в накопителе, подавив действие внутрипучкового рассеяния и различного рода неустойчивостей, влияние нелинейностей магнитной системы и пространственного заряда пучков. Особенно эти проблемы крайне важны для адронных коллайдеров низких энергий. Теоретические и экспериментальные исследования всех этих процессов и эффектов требуются для создания подобных ускорительных комплексов. Для того, чтобы при столкновениях тяжелых ионов регистрировать адронные компоненты, включая мультистранные гипероны, их распределение в фазовом пространстве и коллективные потоки, а также наблюдать отдельные события, требуется средняя светимость в коллайдере в диапазоне между 1026 и 1027 см'2 сек"1. Для обеспечения и поддержания высокой светимости при низкой энергии ионов необходимо применять методы охлаждения пучков, как электронного так и стохастического. В комплексе NICA применение охлаждения необходимо и в кольцах коллайдера и в Бустере. Создание систем охлаждения частиц - стохастического и электронного - для обеспечения долговременной устойчивости высокоинтенсивных ионных пучков является крайне актуальным направлением.

Цели диссертационной работы:

Основными задачами диссертационной работы являлись:

- модернизация ускорительного комплекса ЛФВЭ с целью создания на его основе ускорителя тяжелых ионов нового поколения для релятивистской ядерной физики и инновационных ядерно-энергетических технологий,

- разработка концепции построения сверхпроводящего ускорительного комплекса на встречных пучках тяжелых ионов с энергией несколько ГэВ/н, разработка проекта такого комплекса на основе синхротрона Нуклотрон,

- развитие синхротрона Нуклотрон в качестве базовой установки для отработки различных режимов работы коллайдера NICA.

Главные направления работ:

1. Теоретические и экспериментальные исследования режимов накопления и охлаждения интенсивных ионных пучков в накопительных кольцах (ESR, GSI, Darmstadt, COSY, FZ Juelich, Германия, RHIC, BNL, США), применение полученного опыта и отработанных методик для проектирования рабочего цикла комплекса NICA. Выбор режимов работы, обеспечивающих максимальную светимость физического эксперимента в диапазоне энергий коллайдера от 1 до 4.5 ГэВ/н.

2. Модернизация и развитие сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон для экспериментального исследования на нем различных режимов работы коллайдера NICA.

3. Модернизация вакуумной системы Нуклотрона. Улучшение вакуумных условий в пучковой камере до уровня, необходимого для ускорения в Нуклотроне ионов с массовым числом более 100 до релятивистских энергий. Модернизация системы питания и эвакуации энергии структурных магнитов Нуклотрона, обеспечение надежной и безопасной эксплуатации магнитной системы при максимальном проектном уровне магнитного поля 2 Тл.

4. Выбор и оптимизация параметров базовых элементов комплекса NICA: схема подготовки высокоинтенсивного пучка тяжелых ионов в инжекционной цепочке, выбор конфигурации сверхпроводящих накопительных колец на встречных пучках, оптимизация их размещения в существующей инфраструктуре технической площадки ЛФВЭ.

5. Разработка проекта сверхпроводящего бустера Нуклотрона, предназначенного для повышения интенсивности пучков тяжелых ионов и

ускорения их в Нуклотроне до максимальной энергии. Разработка проекта фокусирующей системы бустерного синхротрона, схемы ее питания и защиты.

Личный вклад автора

Личное участие автора в работах, составляющих основу диссертации, является определяющим. Под его руководством и при его определяющем участии проведена модернизация ускорительного комплекса ЛФВЭ, успешное завершение которой открыло возможность создания на базе синхротрона Нуклотрон нового сверхпроводящего ускорительно-коллайдерного комплекса NICA. Им лично проведены теоретические исследования, положенные в основу концепции комплекса на встречных пучках тяжелых ионов в диапазоне рекордно низких энергий. При его определяющем участии оптимизированы и выбраны параметры комплекса NICA, созданы концептуальные проекты основных подсистем и элементов. Автор предложил постановку экспериментов на Нуклотроне, имевших целью проверку ключевых решений и проведенных при его определяющем участии.

Научная новизна и практическая ценность работы

1. Впервые разработана концепция сверхпроводящего комплекса на встречных пучках тяжелых ионов в диапазоне рекордно низких энергий (14.5 ГэВ/н), обеспечивающая максимальную светимость на уровне 1-1027 см_2сек_|. В этом диапазоне энергий светимость ограничена в первую очередь эффектами пространственного заряда сгустка, а не эффектами встречи, как в коллайдерах высоких энергий, и это требует минимизации периметра накопителя. Схема формирования интенсивных сгустков основана на первоначальном накоплении в кольцах коллайдера распущенного пучка с его последующей группировкой. Длительное поддержания высокого уровня светимости обеспечивается за счет подавления роста фазового объема сгустка, требующего эффективного применение двух методов охлаждения.

2. Предложен и обоснован сценарий использования охлаждения пучка в коллайдере NICA: в диапазоне энергий от 1 до 3 ГэВ/н система электронного охлаждения пучка обеспечивает сравнительно короткие времена охлаждения и режим работы коллайдера с доминированием пространственного зарядом сгустка. В диапазоне энергии ионного пучка от 3 до 4.5 ГэВ/н наиболее эффективно использование системы стохастического охлаждения, при этом уровень светимости в этом диапазоне не ниже 1-1027 см~2сек~' достигается в режиме доминирования процесса внутрипучкового рассеяния.

3. В результате модернизации ускорительного комплекса ЛФВЭ ОИЯИ создана установка нового поколения для релятивистской ядерной физики и инновационных ядерно-энергетических технологий. В Нуклотроне впервые ускорены до релятивистских энергий 1.5 ГэВ/н и использованы для проведения ряда экспериментов ионы ксенона |24Хе42+. Обеспечена надежная эксплуатация магнитно-криостатной системы Нуклотрона при проектной величине магнитного поля 2Тл.

4. Выбрана и оптимизирована фокусирующая структура Бустера Нуклотрона с учетом размещения систем ввода, однооборотного и медленного вывода, ВЧ станций и других устройств, вписанная в инфраструктуру комплекса и позволяющая осуществить накопление и ускорение интенсивных пучков тяжелых ионов до энергии, достаточной для эффективной обдирки и инжекции в Нуклотрон.

5. Создан современной комплекс оборудования, обеспечивший развитие сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон для экспериментального исследования на нем различных режимов работы коллайдера NICA: измерение параметров ускоренного пучка, исследование работы сверхпроводящей магнитной системы при длинных (тысячи секунд) плато магнитного поля, исследование различных методов стохастического охлаждения.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Концепция получения высокой светимости в адронном коллайдере с

низкой энергией сталкивающихся пучков, основанная на накоплении распущенного пучка в кольцах коллайдера с использованием методов охлаждения пучка, его последующей группировке и поддержании требуемого уровня светимости с применением двух методов охлаждения пучков — электронного и стохастического.

2. Основные параметры базовых элементов ускорительного комплекса NICA: оптимальная схема подготовки пучка тяжелых ионов в инжекционной цепочке, оптимальная схема сверхпроводящих накопительных колец на встречных пучках и их размещение в существующей инфраструктуре технической площадки ЛФВЭ ОИЯИ. Концепции системы электронного охлаждения и системы стохастического охлаждения в коллайдере NICA, рабочие параметры и схема их оптимального расположения.

3. Результаты модернизации вакуумной системы сверхпроводящего быстроциклирующего синхротрона Нуклотрон. Ускорение ионов ксенона (шХе42+) до энергии 1.5 ГэВ/н.

4. Технический проект системы последовательного питания магнитов и линз и системы эвакуации энергии сверхпроводящего быстроциклирующего синхротрона Нуклотрон, методика поэтапного ввода этих систем в эксплуатацию. Результаты эксплуатации системы питания Нуклотрона с достигнутой величиной магнитного поля, равной 2 Тл.

5. Создание современного комплекса оборудования обеспечившего развитие сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон для экспериментального исследования на нем различных режимов работы коллайдера NICA: измерения параметров ускоренного пучка, исследования работы сверхпроводящей магнитной системы при длинных (тысячи секунд) плато магнитного поля, исследования различных методов стохастического охлаждения.

6. Концептуальный проект сверхпроводящей магнитной фокусирующей структуры синхротрона Бустер комплекса NICA, системы ее питания и защиты.

Апробация диссертационной работы

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на международных конференциях "Workshop on Beam Cooling and Related Topics" - COOL (Galena, IL, США, 2005 г.; Bad Kreuznach, Германия, 2007г.; Алушта, Украина, 2011г.), "European Particle Accelerator Conference" - ЕР AC (Paris, Франция, 2003; Lucerne, Швейцария, 2004 г.; Genoa, Италия, 2008 г.), "International Particle Accelerator Conference" - IP AC (Kyoto, Япония, 2010 г.; San Sebastian, Испания, 2011 г.), "ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High- Intensity and High-Brightness Hadron Beams" - HB (Bensheim, Германия, 2004; Tsukuba, Япония, 2006 г.), "International Computational Accelerator Physics Conference" - ICAP (Санкт-Петербург, 2004 г.), "Beam dynamics and Optimisation Conference" - BDO (Санкт-Петербург, 2010 г.) на Всероссийских конференциях no ускорителям заряженных частиц - RuPAC (Обнинск, 2002г.; Дубна, 2004г.; Новосибирск, 2006г.; Звенигород, 2008г.; Протвино, 20Юг) и др. А также обсуждались на научных семинарах Объединенного Института ядерных исследований (г.Дубна), Института теоретической и экспериментальной физики (г.Москва), Института физики высоких энергий (г.Протвино), Институт Ядерной Физики СО РАН (г.Новосибирск), Европейского центра ядерных исследований ЦЕРН (CERN, Швейцария).

По теме диссертации опубликовано 57 работ, из них в реферируемых журналах 23 работы.

Текст диссертации изложен на 212 страницах, включает 92 рисунка, 18 таблиц и список литературы из 111 наименований.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дан краткий анализ проблем, решаемых в диссертации, и сформулированы цели исследований, вошедших в работу.

В первой главе дано описание ускорительного комплекса Нуклотрон, который включает в себя несколько типов источников ионов, линейный ускоритель ЛУ-20, ускоряющий протоны до энергии 20 МэВ и ионы с отношением заряда к массе Z/A > 1/3 до энергии 5 МэВ/нукл, сверхпроводящий синхротрон с периметром 251,52 м, оборудованный системой медленного вывода пучка и станцией внутренних мишеней. Научная программа ускорительного комплекса Нуклотрон ОИЯИ включает в себя решение ряда актуальных проблем релятивистской ядерной физики и процессов множественного рождения частиц.

В 2007 году в ОИЯИ начаты работы по созданию нового ускорительно -накопительного комплекса NICA на базе синхротрона Нуклотрон. Физические эксперименты будут реализованы в режиме столкновения встречных пучков. Ускорительный комплекс NICA должен будет обеспечить ион-ионные столкновения (с возможностью выбора кинетической энергии сталкивающихся пучков в диапазоне от 1 до 4.5 ГэВ/н), а также протон-протонные столкновения (в диапазоне энергии от 5 до 12,6 ГэВ/н) и столкновение пучков дейтронов (в диапазоне энергии от 2 до 5.8 ГэВ/н). На втором этапе реализации проекта планируется осуществление столкновений встречных пучков легких ионов, пучков поляризованных протонов и дейтронов. Кроме того, планируется продолжение экспериментов на выведенном пучке Нуклотрона и на внутренней мишени.

Ключевой частью первой стадии проекта NICA, завершенной в 2011 году, явилась модернизация синхротрона Нуклотрон (проект «Нуклотрон-М»), имевшая целью продемонстрировать возможность его длительной и надежной работы при параметрах, близких к требованиям проекта NICA. В результате успешного завершения модернизации было продемонстрировано ускорение пучка ионов ксенона 42+Хе124 (до начала проекта самыми тяжелыми ионами, ускоренными на Нуклотроне, были ионы железа) и стабильная работа магнитной системы при уровне поля в дипольных магнитах 2Тл (максимальная ранее достигнутая величина поля была 1.2Тл). Ход реализации проекта

подробно представлен в публикациях, в данной главе приводятся лишь наиболее значимые результаты реализации проекта.

Второй этап проекта NICA - это проектирование и создание комплекса сверхпроводящего кольца Бустера, - предускорителя для Нуклотрона и сверхпроводящих накопительных колец на встречных пучках (коллайдер NICA). Размещение основных элементов и систем комплекса NICA осуществляется при максимальном использовании существующих зданий и инфраструктуры площадки Лаборатории . Схема комплекса показана на Рисунке 1, детальное описание элементов приводится в диссертации.

Рис. 1. Схема комплекса NICA. 1 - инжектор, 2 - Бустер, 3 - Нуклотрон, 4 - гелиевый ожижительный комплекс, 5 - экспериментальный корпус для установок на выведенных пучках, 6 - каналы транспортировки пучка в коллайдер, 7 — системы питания всего комплекса, 8 — Коллайдер; 9 и 10 -детекторные установки MPD и SPD, 11 - периметр площадки ЛФВЭ ОИЯИ.

В данной главе проводится выбор оптимальных параметров основных

79+ а 197

элементов и режимов работы комплекса NICA с пучками ионов золота Au . Предполагается, что коллайдер будет работать в режиме накопителя на фиксированной энергии. Максимальная магнитная жесткость колец коллайдера равна максимальной магнитной жесткости Нуклотрона, поэтому в коллайдере можно проводить эксперименты на встречных пучках ионов во всем диапазоне

энергий, доступном для Нуклотрона. Основные параметры базовых элементов комплекса, которые были выбраны в результате оптимизации режима работы всей инжекционной цепочки, и которые обеспечивают проектный уровень светимости в эксперименте на коллайдере, показаны в Таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры ускорительных установок комплекса NICA

ЛУ-20 Линак Бустер Нуклотрон Коллайдер

Сорт частиц рТ, dT, легкие ионы (А/2<3) d + Au A/Z <6 Тяж. ионы (Аи32+) Аи№

Периметр (длина), м 14.4 15 212.2 251.52 503.04

Е_инж, ГэВ/н 6-Ю"4 (р) и-ю-4© 3.3-10"5 0.003 0.6 1+4.5

Emax, ГэВ/н 0.002 (р) 0.0005 (ионы) 0.003 0.6 4.5 возможность медленного ускорения

а>вч, МГц 145 100.05 0.593 + 2.4 0.947 + 1.147 0.522 + 0.587 (Ь=1), 5кВ 12.528 + 14.088 (для 11=24), 25 кВ 37.584 + 42.264 (для Ь=72), 125 кВ

Ьвч - 4/ Г 1 72

Вшах, Тл - 1.8 2 1.8

dB/dt, Тл/с - . 1 1 <0.5

ЛУцикл > 10 1.5-109 1.5-109 10» 5-Ю10

* на энергии 100 МэВ/н производится переход с 4-й на 1-ю гармонику

Во второй главе представлены результаты по исследованию процессов внутрипучкового рассеяния и охлаждения пучка тяжелых ионов - электронного и стохастического.

Бустер предложено оснастить системой электронного охлаждения. Такая система на энергии инжекции (3 МэВ/н) необходима для накопления требуемой интенсивности частиц за счет многократно повторяемых импульсов инжекции. Максимальная энергия электронного пучка в системе охлаждения выбрана равной 55 кэВ, что соответствует энергии охлаждаемого ионного пучка примерно 100 МэВ/н. На этой энергии охлаждение необходимо для обеспечения параметров пучков, выводимых из Бустера, требуемых для экспериментов на неподвижной мишени.

Результаты моделирования показывают, что для охлаждения ионного пучка наиболее подходящим режимом выглядит инжекция ионов золота с любым из анализируемых зарядовых состоянией (32+, 52+, 65+) на энергии 3 МэВ/н, охлаждение, до-ускорение и перевод сгустка в Нуклотрон. Пример результатов моделирования эволюции параметров ионного пучка с учетом эффектов электронного охлаждения и внутрипучкового рассеяния, представлен на Рисунке 2.

-0.02 0 0.02 -150 0 1» -002 0 0.02 -150 0 150

х|№] Б-БоМ К[т1 Б-БОМ

а) б)

197 а 32+

Рис.2. Результаты моделирования эволюции параметров пучка ионов Аи на энергии 3 МэВ/н: распределение частиц на фазовых плоскостях (х,х') и (х,ёр/р) до (а) и после охлаждения (б).

Исходные требования к коллайдеру: обеспечение максимально большого пикового значения светимости и обеспечение времени жизни светимости много большего, чем время подготовки пучка. Предложена схема накопления пучка

11

требуемой интенсивности в коллайдере, которую планируется осуществлять в продольном фазовом пространстве с использованием техники «барьерных напряжений». Такая методика успешно освоена на накопительном кольце Е8Я в Германии, где автор принимал непосредственное участие в экспериментальных исследованиях режимов накопления с помощью техники барьерных напряжений и стохастического охлаждения.

В процессе эксперимента уменьшение светимости может быть вызвано двумя процессами — гибелью частиц и увеличением фазового объема сгустка. Рост фазового объема сгустка вызывается совместным действием многих эффектов: внутрипучковым рассеянием (ВПР), пересечением частицами нелинейных резонансов высокого порядка, многократным рассеянием на атомах остаточного газа, шумами системы питания структурных магнитов колец, и др. Для стабилизации фазового объема сгустка предложено использовать методы охлаждения пучков - стохастическое и/или электронное.

На основе проведенного теоретического анализа и численного моделирования влияния различных эффектов на устойчивость пучка, сформулированы параметры пучка и систем коллайдера, при которых достигается максимальная пиковая светимость:

- минимальное значение бета-функции в точке встречи (ТВ) выбрано равным 35 см, исходя из требований обеспечить минимальный эмиттанс пучка в ТВ, а также ограничений геометрической апертуры линз финального фокуса (40 мм -для обеспечения в них требуемого градиента магнитного поля до 30 Тл/м2);

- максимально возможное число сгустков в кольце - выбрано равным 24, исходя из требования избежать паразитных столкновений на участке сведения пучков в окрестности точки встречи с одной стороны, и периметра коллайдера (503.04 м), с другой;

- среднеквадратичный относительный разброс (максимальная фазовая плотность частиц ЛУе в сгустке) по импульсу на уровне ±(1-Ч.5)-10"3, что соответствует 1/6 выбранного продольного аксептанса. Увеличение разброса по импульсу повышает порог развития когерентных неустойчивостей сгустка и, с

другой стороны, не приводит к снижению светимости. Поэтому для достижения максимальной светимости разброс по импульсу следует выбирать максимально возможным, исходя из ограничений по продольному аксептансу и технически достижимой амплитуды ВЧ напряжения, необходимой для согласования сгустка (ниже 1МВ).

- длина сгустка должна быть минимально возможной, чтобы избежать эффекта «песочных часов» и обеспечить концентрацию светимости в центральной части детектора. С другой стороны, уменьшение длины сгустка увеличивает пиковый ток в нем, что приводит к увеличению сдвига частот бетатронных колебаний, а также может вызвать когерентную (микроволновую) продольную или поперечную неустойчивость пучка. В качестве компромисса между этими двумя противоположными требованиями, среднеквадратичная длина сгустка была выбрана равной 60 см.

Возможности выбора эмиттанса пучка существенно зависят от механизма нагрева сгустка, который должна компенсировать система охлаждения. Основными источниками нагрева являются ВПР и, при большой величине сдвига бетатронных частот, нагрев за счет пересечения частицами нелинейных резонансов высокого порядка. В зависимости от того, какой из этих эффектов преобладает, предложено два режима работы: «доминирования ВПР», и «доминирования пространственного заряда».

В режиме доминирования ВПР величины продольного и поперечных фазовых объемов пучка связаны друг с другом, и, при заданной величине разброса по импульсу, минимум темпа нагрева соответствует строго определенной величине эмиттанса. В режиме доминирования пространственного заряда (ДПЗ) темпы роста фазового объема существенно выше, чем при доминировании ВПР, однако, природа нагрева продольной и поперечных степеней свободы различна, и эмиттанс сгустка можно выбирать практически независимо от разброса по импульсу. Для режима ДПЗ значение равновесного эмитттанса можно, как показывает опыт работы накопителей с электронным охлаждением, выбрать из условия равенства сдвига бетатронный

частоты ЛСЬс величине 0,05. Компенсация нагрева пучка в режиме доминирования ВПР (ДВГТР) требует существенно меньших темпов охлаждения, поэтому он более предпочтителен при высоких энергиях ионов, когда заметно проще достичь проектного значения светимости, используя стохастическое охлаждение. На малых энергиях возможность увеличения светимости связана с переходом в режим ДПЗ, а необходимый высокий темп охлаждения можно обеспечить, применяя электронное охлаждение.

В ходе теоретического исследования и численного анализа, были расчитаны характерные времена нагрева за счет ВПР (Таблица 2).

Таблица 2. Параметры пучка и оценки светимости коллайдера при проведении

эксперимента по столкновению ионых пучков.

Периметр кольца, м 503,04

Число сгустков 24

Среднеквадратичная длина сгустка, м 0.6

Бета-функция в точке встречи, м 0.35

Аксептанс кольца (линзы финального фокуса) 40 71 мм мрад

Продольный аксептанс, Др/р ±0.01

Гамма критическая, уа 7.091

Энергия ионов, ГэВ/н 1.0 3.0 4.5

Число ионов в сгустке 2.75-10" 2.4-10" 2.2-109

Среднекв. разброс по импульсу, 10"3 0.62 1.25 1.65

Среднекв. эмиттанс пучка (гориз/верт), ненормализованный, 7г-мм-мрад 1.1/1.01 1.1/0.89 1.1/0.76

Светимость, 1027 см"2сек-1 0.011 1 1

Характерные времена роста ВПР, сек 186 702 2540

Стохастическое охлаждение предложено использовать в коллайдере главным образом для того, чтобы поддерживать высокую светимость при больших энергиях. Для выбранной оптической структуры коллайдера найдена оптимальная расстановка оборудования системы стохастического охлаждения.

14

Исходя из выбранного расположении пикапа и кикера показано, что для обеспечения характерных времен охлаждения в 2-3 раза меньше (чтобы иметь технический резерв), чем характерные времена нагрева за счет ВПР, достаточно полосы частот системы 3-6 ГГц.

Для технически достижимых параметров системы электронного охлаждения (приведены в работе) во всем диапазоне энергий ионов были рассчитаны характерные времена охлаждения. Показано, что в диапазоне низких энергий ионов, характерные времена электронного охлаждения примерно в 20 раз меньше характерных времен нагрева за счет ВПР, и применение электронного охлаждения оказывается наиболее адекватным средством для обеспечения оптимального режима работы коллайдера.

В результате, предложен сценарий использования различных схем охлаждения (Рисунок 3).

для устойчивой динамики ионного пучка, характерные времена электронного охлаждения для энергии ионов до 3 ГэВ/н в режиме ДПЗ, и стохастического охлаждения для энергии выше 3 ГэВ/н для полосы частот 3-6 ГГц.

В заключении главы представлены разработанные концептуальные проекты систем электронного и стохастического охлаждения, даны основные параметры этих систем.

При расчетах и моделировании использовалась программа ВЕТАСООЬ, разработанная с непосредственным участием автора. ВЕТАСООЬ является известной программой для моделирования долговременных процессов в ускорителях. Она была использования для описания большого количества экспериментальных фактов на накопителях заряженных частиц по всему миру и для проектирования вновь создаваемых ускорительных комплексов.

В первой части третьей главы обсуждаются технический проект модернизации вакуумной системы быстроциклирующего сверхпроводящего синхротрона и результаты его реализации.

Описан ряд экспериментов, проведенных на Нуклотроне с целью измерения среднего значения вакуума в его пучковой камере. Измерения проводились по темпу потерь циркулирующих ионов Н2+1 на "столе" магнитного поля, и при длительной циркуляции пучка дейтронов, а также сравнивались с ранее полученными данными по потерям интенсивности частиц при ускорении ядерных пучков 1л3+, С4+, С6+, с известной начальной энергией и известным темпом ускорения. На первом этапе модернизации удалось существенно - примерно в десять раз, уменьшить среднее значение давления в камере за счет улучшения вакуума на «проблемных» участках кольца. На втором этапе модернизации вакуумной системы удалось более, чем на два порядка (до р < 1,0-10' 7 Па) уменьшить среднее интегральное значение давления в пучковой камере по сравнению с давлением до модернизации.

Демонстрация возможности ускорения тяжелых ионов в Нуклотроне рассматривалась как комплексная проверка всех основных систем ускорительного комплекса. В результате, на поле 7,9 кГс был реализован медленный вывод ионов ксенона, что соответствует энергии ионов 1 ГэВ/н. Интенсивность выведенного пучка на выходном фланце ускорителя достигала

нескольких тысяч ионов за цикл. На этой энергии были проведены методические исследования по регистрации ионов и проведено облучение. В завершение сеанса было осуществлено ускорение ионов ксенона до поля 10 кГс, что соответствует энергии 1,5 ГэВ/н.

Во второй части третьей главы обсуждаются технический проект модернизации основной системы питания быстроциклирующего сверхпроводящего синхротрона и результаты его осуществления. Основной задачей развития систем питания и защиты структурных магнитов и линз Нуклотрона явилось обеспечение надежной и длительной работы с магнитным полем до 2 Тл (что соответствует току в обмотках равному 6300 А) и реализация возможности оптимизации рабочей точки ускорителя. Решение этой задачи было невозможно при существовавшей до этого схеме электропитания магнитной системы. Мощность источника питания дипольных магнитов и надежность системы эвакуации энергии из сверхпроводящих магнитов и линз в случае возникновения нормальной проводящей зоны были не достаточны для гарантированной надежной длительной работы при величине поля выше 1 Тл и темпе роста поля выше 0.6 Тл/с. Работа с длинными столами тока на уровне 6300 А была возможна только при низкой частоте повторения циклов. До проведения модернизации ускоритель эксплуатировался при равных токах в фокусирующих и дефокусирующих линзах, что позволяло перемещать рабочую точку на диаграмме частот только вдоль прямой линии.

Автором разработана концепция модернизации системы электропитания структурных дипольных и квадрупольных магнитов, основанная на принципе общей связи этих структурных элементов кольца Нуклотрона, последовательно соединенных источников питания 19ТВ и 20ТВ, ключей эвакуации энергии КТ1.. .КТ6(КТ7) и системы датчиков перехода. Практическая реализация этой схемы предполагала модернизацию существующих источников 19ТВ и 20ТВ, разработку и создание двух новых источников разбаланса тока - для фокусирующих и дефокусирующих линз. Для повышения надежности системы

защиты необходимо было разработать и создать новые ключи эвакуации энергии.

В работе подробно проанализированы различные силовые схемы новой конфигурации системы питания, система формирования полевых функций в структурных магнитных элементах Нуклотрона, процессы коммутации тока во время эвакуации энергии. Разработан проект конструкции ключа эвакуации энергии: выбор и компоновка всех компонентов схемы. В основу конструкции КЭЭ положен силовой быстродействующий тиристор российского производства типа ТБ373-2000-20. Масштабный комплекс работ по созданию новой системы электропитания был осуществлен в предельно сжатые сроки и без длительных перерывов в работе ускорительного комплекса. Для решения этой задачи была разработана методика ввода в эксплуатацию новой системы, основанная на поэтапном создании ее элементов и их тестировании и доработки в рамках существовавшей схемы между сеансами.

В декабре 2010 года, после того, как основной источник питания и система защиты были последовательно протестированы в циклах с полем на столе 1.4, 1.6 и 1.8 Тл, поле на столе было увеличено до 2 Тл (Рис.4).

Рис. 4. Диаграмма цикла с полем дипольных магнитов на столе 2 Тл. Отношение в/В - отношение градиента линз к полю дипольных магнитов.

Обеспечение надежной работы магнитной системы при проектном уровне поля явилось прямым подтверждением правильности основных технических решений, положенных в основу новой системы электропитания и защиты.

В четвертой главе обсуждаются результаты развития Нуклотрона в качестве экспериментального полигона для исследования и моделирования на нем различных режимов работы коллайдера NICA. Поскольку в коллайдере будет использоваться методы стохастического охлаждения, принято решение разработать прототип системы стохастического охлаждения для коллайдера и испытать ее на Нуклотроне. В России отсутствует опыт разработки и эксплуатации систем стохастического охлаждения, а ряд особенностей коллайдера NICA не позволяет напрямую применить технические решения, используемые в зарубежных научных центрах. Поэтому разработка системы стохастического охлаждения пучка для коллайдера требует проведения предварительных экспериментальных исследований по изучению предельных возможностей метода.

Разработанный для Нуклотрона канал стохастического охлаждения планируется последовательно использовать для проверки различных методов охлаждения продольной степени свободы распущенного и сгруппированного пучка: метода режекторных фильтров, метода Пальмера и время-пролетного метода. Благодаря универсальной конструкции пикап-станции и особого размещения в ней сигнальных электродов, обеспечена также возможность охлаждения поперечной степени свободы. Структура созданной системы ориентирована на реализацию в первую очередь продольного охлаждения по методу режекторного фильтра (Таблица 3). Канал состоит из пяти основных элементов: пикап-станция, линия задержки, режекторный фильтр, диагностическое оборудование, кикер. Кикер установлен в «теплой» секции (7-й прямолинейный промежуток) ускорителя, ввиду того, что в нем выделяется достаточно большая тепловая мощность. Пикап установлен в 3-м промежутке, - диаметрально противоположном кикеру. Участок магнитно-

криостатной системы в этом промежутке находится при криогенной температуре (от 4 до 15 К), что позволяет уменьшить мощность теплового шума с пикапа. Туннель между пикапом и кикером длиной около 85 метров использован для коаксиального кабеля линии основной задержки. Выбран кабель, обладающий наилучшими характеристиками для работы системы (задержка 3.7 нсек/метр, потери сигнала 0.03 дБ/м) и основное оборудование для обработки сигнала и формирования сигнала воздействия на пучок в кикере, а также измерительная диагностика расположена непосредственно у кикера.

Таблица 3. Параметры канала стохастического охлаждения на Нуклотроне.

Периметр ускорителя, м 251.52

Охлаждаемые ионы с11+, С6+

Энергия, ГэВ/н 3.5

Максимальное относительное отклонение по импульсу 10-3

Слип-фактор кольца, г| 0.0322

Полоса пропускания системы йшпЛтах, ГГц 2/4

Интенсивность охлаждаемого пучка 10у

Ожидаемое время охлаждения, с < 10

Чтобы уверенно зарегистрировать эффект охлаждения, интенсивность пучка должна быть на уровне нескольких единиц на 109 частиц. Также крайне важно иметь достаточно времени для охлаждения. Благодаря проведенной модернизации системы питания и системы эвакуации энергии, а также циклозадающей аппаратуры, стало возможным проведение экспериментов по измерению параметров ускоренного ионного пучка, циркулирующего на сверхдлинных плато магнитного поля длительностью 1000 секунд, что очень близко к режиму проведения физического эксперимента в коллайдере. В этом случае процесс настройки системы, частотного анализа пучка и попытки наблюдения эффекта охлаждения сильно упрощаются.

Для оценки основных параметров системы (в первую очередь, необходимой мощности усилителя) был разработан алгоритм и проведено численное моделирование эволюции функции распределения частиц путем решения уравнения Фоккера-Планка. Результаты моделирования позволили сформулировать требования для канала продольного стохастического охлаждения. Например, для пучка ионов углерода (С6+) требования к необходимым мощности и коэффициенту усилению составляют до 10 Ватт и

130 дБ соответственно.

Предложена и реализована схема оптического режекторного фильтра, в котором луч лазера модулируется входным ВЧ-сигналом с пикапа. Использование оптоэлектроники дало возможность реализовать линию задержки системы, основанную на оптоволоконных сборках. Это имеет ряд преимуществ по сравнению с коаксиальной задержкой: размеры получаются гораздо компактнее, а настройка становится очень точной и простой.

В результате испытаний элементов канала стохастического охлаждения и оборудования по управлению ВЧ ускоряющего поля, впервые проведены экспериментальные измерения фазо-частотных характеристик системы и параметров циркулирующего ионного пучка в диапазоне энергий от 0.5 до 4 ГэВ/н (Рис.5).

-1 РИ

й* 1_.уЫ -54.00 08т ^ Мой. Аи.о в.мр ам ю <я> - ил юо пк «• увш 1 н» мой» лию т СоиМ 5/5 ТЙС:ЕХТ --

ЦБ* *уди> --02Ц] М1(1] ОООО СН/ --- 11 (11

- во*-

60*- -

И- 32 Юор 2.3 ».и« ^ 10 *- НИ ж*

Рис. 5. Примеры экспериментально измеренных спектров шума пучка на энергии 2 ГэВ/н. Слева - пучок дейтронов, справа - пучок ионов С6+.

В пятой главе дается обоснование выбранного варианта размещения, фокусирующей структуры, типа структурных магнитных элементов, проекта вакуумной системы, проекта системы питания и защиты от срыва сверхпроводимости, а также размещения других подсистем Бустера в существующих зданиях ЛФВЭ ОИЯИ. Магнитная система Бустера состоит из четырех квадрантов, поворотные участки которых размещаются внутри ярма магнита Синхрофазотрона, а прямолинейные промежутки совпадают с соответствующими промежутками магнита Синхрофазотрона.

План размещения Бустера и фрагмент поперечного сечения корпуса приведен в главе. Фокусирующая структура Бустера имеет FODO периодичность и состоит из 4-х суперпериодов, в каждый из которых входят 5 регулярных периодов и один период, не содержащий дипольных магнитов. Элементы магнитной системы Бустера NICA планируется построить по аналогии с магнитами действующего быстроциклирующего сверхпроводящего ускорителя Нуклотрон. Для размещения 44 корректирующих элементов и диагностического оборудования в Бустере отведено 48 малых свободных промежутков вблизи линз. В каждой структурной квадрупольной линзе расположены электростатические пикап-электроды (всего 48 станций). Система инжекции пучка ионов в Бустер обеспечивает три режима работы:

1. Однократная однооборотная инжекция длительностью 8.3 микросекунды;

2. Двух-трех оборотная однократная инжекция длительностью до 27 микросекунд и накоплением пучка в поперечном фазовом пространстве;

3. Режим многооборотной инжекции длительностью с накоплением пучка в фазовой плоскости горизонтальных колебаний, предназначенный для работы с источниками ионов другого типа.

Система медленного вывода включает в себя электростатический септум и септум-магнит, расположенные во второй прямолинейной секции Бустера. Медленный вывод осуществляется за счет смещения рабочей точки Бустера в область нелинейного резонанса 3QX=17, возбуждаемого 17-ой гармоникой секступольной нелинейности. Быстрый вывод предназначен для перевода пучка

в Нуклотрон. Для вывода пучка используется импульсный ударный магнит (кикер) и септумный магнит, расположенные в третьей прямолинейной секции Бустера. В главе сформулированы основные параметры Бустера (Таблица 4).

Таблица 4. Параметры Бустера NICA.

Энергия инжекции, МэВ/н 3

Максимальная энергия ионов Аи32+, МэВ/нуклон 600

Магнитная жесткость, Тл-м при инжекции / максимальная 1,5/25,0

Периметр, м 211,2

Кулоновский предел по интенсивности, част/цикл 3-109 AJof

Критическая энергия, ГэВ/н 3,8

Структура и магнитные элементы:

Количество суперпериодов / периодов типа РСЮО дипольных магнитов квадрупольных линз 4/24 40 48

Магнитное поле в дипольных магнитах, Тл 1,8

Радиус кривизны в дипольных магнитах, м 14

Градиент в линзах, Тл/м 19,7/-20,3

Динамические характеристики структуры и пучка:

Частоты бетатронных колебаний 5,8/5,85

Хроматичность д(}х/(др/р) / дог/(др/р) -6,8/-6,5

Эмиттанс пучка, 71-мм-мрад при инжекции в*, 2 в конце ускорения ех / е2 10 1,7/2,0

Приведены требования подготовки пучкового и изоляционного объема, а также определена расстановка оборудования и типы откачного и диагностического оборудования.

При построении системы электропитания Бустера принято за основу требование последовательного соединения структурных дипольных магнитов (суммарная индуктивность 16,4 мГн), квадрупольных фокусирующих (суммарная индуктивность 0,6 мГн) и дефокусирующих (суммарная

23

индуктивность 0,6 мГн) линз Бустера. Основной мощный источник системы питания формирует требуемый ток (до 12,1 кА) с заданной скоростью роста поля 1 Тл/с в общей цепи Для гибкого регулировки рабочей точки ускорителя предназначены два дополнительные источника питания существенно меньшей мощности. Один из них позволяет одновременно изменять градиент поля в фокусирующих и дефокусирующих линзах, другой - только в дефокусирующих. Система питания включает также устройства регулирования, управления и диагностики.

В заключении диссертации сформулированы научные результаты работы, состоящие в следующем:

1. Впервые сформулирована концепция тяжелоионного коллайдера низких энергий с максимально высокой светимостью сталкивающихся пучков. Разработка сверхпроводящего коллайдера, обеспечивающего максимально возможную светимость физического эксперимента (на уровне Ю27 см"2сек_|) в диапазоне энергий Vsnm=4-H1 ГэВ/н - это новое научное направление ускорительной физики и техники. Проведены теоретические и экспериментальные исследования по оптимизации и выбору основных параметров комплекса NICA. Рассчитаны и выбраны: оптимальная схема подготовки пучка тяжелых ионов в инжекционной цепочке, оптимальная с точки зрения размещения, конфигурация сверхпроводящих накопительных колец на встречных пучках.

2. Впервые на основе теоретических и экспериментальных исследований разработана оптимальная схема формирования высокоинтенсивных ионных сгустков в сверхпроводящем коллайдере NICA: накопление пучка с использованием техники барьерных напряжений и охлаждения, а также поддержание максимального уровня светимости эксперимента во всем диапазоне кинетической энергии пучков от I до 4.5 ГэВ/н. Разработан и предложен сценарий использования охлаждения пучка в коллайдере: в диапазоне энергий от I до 3 ГэВ/н система электронного охлаждения пучка

сможет обеспечить достаточно короткие времена охлаждения и работу коллайдера в режиме доминирования пространственного заряда сгустка. В диапазоне энергии ионного пучка от 3 до 4.5 ГэВ/н предложено использование системы стохастического охлаждения. Уровень светимости в этом диапазоне не ниже 1-Ю27 см~2сек~' достигается в режиме доминирования эффекта внутрипучкового рассеяния. Выбрано оптимальное расположение пикапов и кикеров системы стохастического охлаждения, сформулированы основные параметры обеих систем, обеспечивающие эффективное охлаждение.

3. Впервые проведен ряд экспериментов по измерению среднего значения вакуума в пучковой камере сверхпроводящего быстроциклирующего синхротрона Нуклотрон путем измерения темпа потерь циркулирующих ионов. В результате этих работ был впервые разработан комплекс мер по улучшению вакуумных условий в пучковой камере ускорителя. Уровень вакуума в пучковой камере Нуклотрона удалось улучшить более чем на два порядка, что позволило ускорять тяжелые ионы с массовым числом 100 и выше. Впервые в

124-17- 42+

быстроциклирующем сверхпроводящем синхротроне ионы ксенона Хе ускорены до энергии 1.5 ГэВ/н.

4. Впервые разработан и реализован технический проект схемы последовательного питания магнитов и линз сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон. Внедрены конструкции элементов и уникальные схемотехнические решения модернизации основных источников питания, регуляторов тока в магнитах и линзах, а также ключей эвакуации энергии. Введена в эксплуатацию модернизированная система питания Нуклотрона, которая позволила достичь величины магнитного поля 2Тл в главных структурных элементах сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон.

5. Впервые предложено и осуществлено создание комплекса современного оборудования, обеспечивавшего развитие сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон для экспериментального исследования на нем различных режимов работы коллайдера NICA. Исследованы элементы канала стохастического охлаждения в сверхпроводящем синхротроне Нуклотрон.

Впервые проведены экспериментальные измерения фазово-частотных характеристик системы и параметров циркулирующего ионного пучка в диапазоне энергий от 0.5 до 4 ГэВ/н. Исследована работа сверхпроводящей системы при длинных (тысячи секунд) плато магнитного поля.

6. Впервые выбрана оптимальная фокусирующая структура, параметры системы ввода и вывода пучка, системы коррекции ошибок магнитного поля, системы питания и защиты от срыва сверхпроводимости нового сверхпроводящего быстроциклирующего бустерного синхротрона (Бустера NICA), вписанного в существующую инфраструктуру ускорительного комплекса ЛФВЭ. Разработанная и предложенная фокусирующая структура Бустера позволит осуществить ускорение ионов золота до энергии, достаточной для эффективной обдирки и инжекции в Нуклотрон. На основе опыта проектирования системы питания Нуклотрона, и результатов экспериментальных испытаний введения ее в эксплуатацию, разработан концептуальный проект системы питания Бустера NICA.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах:

1. The Project NICA/MPD at JINR: Search for the mixed phase of strongly interacting matter at Nuclotron-based ion collider facility, A.Sissakian, G.Trubnikov и др., XXIII Int. Symposium on lepton and photon interaction at high energy, Daegu, Korea, 2007.

2. Progress of the NICA project, A.Sissakian, G.Trubnikov, и др., Proceedings of the 5th Int. Workshop CPOD 2009, BNL, NY, USA. PoS (CPOD 2009) 051.

3. Project of the Nuclotron-based Ion Collider fAcility (NICA) at JINR, G. Trubnikov, N. Agapov, V. Alexandrov, и др., p. 14-16, Proceedings of the RUPAC-2010, Protvino, Russia.

4. Прогресс в развитии ускорительного комплекса Нуклотрон, Г.В.Трубников, А.О.Сидорин, и др. «Письма в ЭЧАЯ», ISSN 1547_4771, 2010, т.7, №7, стр.442.

5. Heavy ion collider project NICA/MPD at JINR (Dubna), G.Trubnikov, A.Kovalenko, V.Kekelidze, et al.,. Proceedings of the 35th International Conference of High Energy Physics (ICHEP2010), Paris, France. PoS(ICHEP 2010)523.

6. The MPD detector at the NICA heavy-ion collider at JINR, NIM A, 2011, A628, p 99-102, Kh.U.Abraamyana, S.V.Afanasiev, G.Trubnikov et al.

7. Demonstration of longitudinal stacking in the ESR with Barrier Buckets and stochastic cooling, M. Steck, G. Trubnikov, C. Dimopoulou, и др. Proceedings of the COOL' 11, Alushta, Ukraine, September 2011, TUPS20.

8. NICA project at JINR, G.Trubnikov, A.Sorin, V. Matveev, I. Meshkov, и др. Журнал «Письма в ЭЧАЯ», Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 521,2012г.

9. Модернизация инжекционного комплекса «Нуклотрон», А.В.Бутенко, А.И.Говоров, Г.В.Трубников, и др., Журнал «Письма в ЭЧАЯ», Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 654, 2012г..

10. Design of the Nuclotron booster in the NICA project, A.Butenko, N.Agapov, G.Trubnikov, Proceedings of the International Particle Accelerator Conference (IPAC'10), p. 681-683,2010.

11. Развитие системы питания Нуклотрона, В.Н.Карпинский, Г.В.Трубников, А.В.Бутенко и др. «Письма в ЭЧАЯ», ISSN 1547_4771, 2010, т.7, №7, стр.9.

12. Cryogenic test of full-size superconducting magnet for the Booster synchrotron of the NICA project, H.Khodzhibagiyan, G.Trubnikov, и др. Proceedings of the EUCAS-2011, журнал "Physics Procedia" (2011).

13. Г.В.Трубников, и др. «Участие ОИЯИ, российских научных организаций и предприятий в создании сверхпроводящей магнитной системы СИС100», Журнал «Атомная энергия», выпуск 2, стр.68, 2012 г.,

14. Итоги реализации проекта Нуклотрон-М, Журнал «ЭЧАЯ», 2012, т.43, вып №4, Г.В.Трубников, А.О.Сидорин и др.

15. Status of the Development of Superconducting Magnets for the NICA Project , H.Khodzhibagiyan, P.Akishin, G.Trubnikov, и др., Proceedings of the Conference on Magnetic Technologies MT-22, #3 AP3 - 6.

16. Numerical simulation of crystalline ion beams in storage ring. I.Meshkov, D.Moehl, G.Trubnikov, и др. NIM A, 532,376-381,2004

17. BETACOOL program for simulation of beam dynamics in storage rings. I.N.Meshkov, A.O.Sidorin, G.V.Trubnikov, и др. NIM A, 558,325-328, 2006

18. Численное моделирование динамики частиц в накопителях с использованием программы BETACOOL. И.Н.Мешков, Р.В.Пивин, А.О.Сидорин, А.В.Смирнов, Г.В.Трубников, Письма в ЭЧАЯ , ISSN: 1814-5957 , elSSN: 1814-5973 , Изд: ОИЯИ, 3, 7, 82-86, 2006

19. Electron cooling application for luminosity preservation in an experiment with internal targets at COSY. I.Meshkov, G.Trubnikov, et al., Juel-4031, 2003 ISSN:0944-2952 , ^Institute fuer Kernfhysik, 2003

20. Numerical simulation of particle dynamics in storage rings using BETACOOL code, I. Meshkov, A. Smirnov, E. Syresin, G. Trubnikov, P. Zenkevich, A.Sidorin, 18-22, Proceedings of RuPAC XIX, 2004

21. A.V. Fedotov, I. Ben-Zvi, G. Trubnikov, и др. Electron Cooling Dynamics for RHIC, p.415-419, Proceedings of 33d ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on High Intensity and High Brightness Hadron Beams, Bensheim, Germany, 2004

22. Electron cooling of RHIC, I. Ben-Zvi, G.Trubnikov, et al., Particle Accelerator Conference (PAC2005), Knoxville, USA,

23. IBS for ion distribution under electron cooling, A.V. Fedotov, I. Ben-Zvi Yu Eidelman, G.Trubnikov, и др., p.4263-4265, Proceedings of Particle Accelerator Conference (PAC-2005), Oak Ridge National Laboratory, Knoxville, USA.

24. Cooling dynamics studies and scenarios for the RHIC cooler, A.V. Fedotov, I. Ben-Zvi, G. Trubnikov и др., Proceedings of Particle Accelerator Conference (PAC-2005), Oak Ridge National Laboratory, Knoxville, USA, p.4236-4238.

25. BETACOOL code for simulation of long term beam dynamics in ion storage rings, I.Meshkov, R.Pivin, A.Sidorin, A.Smirnov, G.Trubnikov, Proc. of RuPAC'2006, Novosibursk, Russia.

26. Implementation of Synchrotron Motion in Barrier Buckets in the BETACOOL Program, O. Boine-Frankenheim, A.O.Sidorin, G.V.Trubnikov, A. V. Smirnov,

Proceedings of the COOL 07 (Workshop on beam cooling and related topics), GSI, Bad Kreuznach, Germany. 2007.

27. Code benchmarking studies with the ESR internal target. V. Gostishchev, C. Dimopoulou, G. Trubnikov, и др. GSI scientific report 2006, GSI report 2007-1, GSI-ACCELERATORS-06, p.83,2009

28. Compensation of Nonlinearities in NICA Collider Optics, S.Kostromin , O.Kozlov, G.Trubnikov и др., Proceedings of the RUPAC'10, Protvino, Russia, Oct. 2010, p. 35

29. Simulation of Au32+ Beam Losses Due to Charge Exchange and Dynamic Vacuum in Nuclotron Booster, A.Philippov, I.Meshkov, G.Trubnikov и др., Proceedings of the RUPAC'10, Protvino, Russia, Oct. 2010, p. 89

30. Design of NICA collider rings, S.Kostromin , O.Kozlov, G.Trubnikov и др., Proceedings of the IP AC' 11, San Sebastien, Spain, September 2011, p. 1807

31.0 вопросах создания системы стохастического охлаждения пучков ионов на сверхпроводящем ускорительном комплексе Нуклотрон ОИЯИ, А. Кобец, А. Сидорин, Г. Трубников, Н. Шурхно, Журнал «Письма в ЭЧАЯ», Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 604, 2012г..

32. Применение методов охлаждения пучков в проекте NICA, Г.В.Трубников, С.А.Костромин, И.Н. Мешков, и др., Журнал «Письма в ЭЧАЯ», Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 537, 2012г.

33. NICA at JINR: New Prospects for Exploration of Quark-Gluon Matter, V. Kekelidze, A.Kovalenko, I. Meshkov, G.Trubnikov, A.Sorin, Журнал "Письма в ЭЧАЯ", 2012 г., т.75, №5, стр. 542

34. Сверхпроводящий экран для соленоида системы электронного охлаждения, Н.Н. Агапов, Д.Е. Донец, Г.В. Трубников, Г.Л. Дорофеев и др., Журнал «Письма в ЭЧАЯ», Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 689, 2012г.

35. Г.В.Трубников, Н.А.Шурхно, А.О.Сидорин, «Моделирование процесса стохастического охлаждения с помощью уравнения Фоккера-Планка. Расчет конструкции системы стохастического охлаждения для Нуклотрона», Журнал «Вестник Санкт Петербургского универститета», том 1, серия 10, 2012 г., стр.70

Получено 20 июня 2012 г. 29

Отпечатано методом прямого репродуцирования с оригинала, предоставленного автором.

Подписано в печать 20.06.2012. Формат 60 х 90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 1,78. Тираж 100 экз. Заказ № 57681.

Издательский отдел Объединенного института ядерных исследований 141980, г. Дубна, Московская обл., ул. Жолио-ЬСюри, 6. E-mail: publish@jinr.ru www.jinr.ru/publish/

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Выбор и оптимизация параметров базовых элементов комплекса NICA

§1.1. Ускорительный комплекс ЛФВЭ ОИЯИ

§1.2. Проект NICA

§ 1.3. Основные режимы работы комплекса NICA

ГЛАВА 2. Применение методов охлаждения пучков в проекте NICA

§2.1. Система электронного охлаждения Бустера. Режимы работы

§2.2. Структура Коллайдера NICA. Режимы работы

§2.3. Параметры сгустков и светимость коллайдера

§2.4. Концепция системы стохастического охлаждения в коллайдере

§2.5. Концепция системы электронного охлаждения в коллайдере

§2.6. Сценарий охлаждения пучков в коллайдере

§2.7. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки по 74 системам охлаждения пучков в коллайдере

ГЛАВА 3. Результаты модернизации сверхпроводящего быстроциклирующего 76 синхротрона Нуклотрон для ускорения тяжелых ионов

§ 3.1 Проект «Нуклотрон-М»: развитие и результаты

§3.2. Ускорение тяжелых ионов в Нуклотроне

§3.3. Общие принципы выбора параметров системы электропитания и защиты в сверхпроводящих синхротронах. Система питания комплекса Нуклотрон.

§3.4. Технический проект системы последовательного питания

§ 3.5. Ввод системы в эксплуатацию. Методика поэтапной реализации

ГЛАВА 4. Развитие сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон для экспериментального исследования режимов работы Коллайдера NICA

§4.1 Постановка задачи

§4.2 Концепция постановки эксперимента по стохастическому охлаждению пучка в 136 Нуклотроне

§4.3 Моделирование процесса стохастического охлаждения в Нуклотроне с 142 помощью уравнения Фоккера-Планка

§4.4 Подготовка эксперимента

§4.5 Экспериментальные измерения

ГЛАВА 5. Проект Бустера комплекса NICA

§5.1. Обзор разработанных вариантов структуры

§5.2. Бустер проекта NICA

§5.3. Магнитная система

§5.4. Конструкция структурных магнитов и линз

§5.5. Система коррекции погрешностей магнитного поля

§5.6. Системы инжекции и вывода пучка

§5.7. Вакуумная система

§5.8. Проект систем питания Бустера

В Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) создается ускорительный комплекс, одним из ключевых элементов которого является построенный в институте и действующий с 1993 года сверхпроводящий быстроциклирующий синхротрон Нуклотрон. Основной задачей комплекса NICA является обеспечение экспериментов на встречных пучках тяжелых ионов вплоть до золота с кинетическими энергиями до 4.5x4.5 ГэВ/н для изучения в лабораторных условиях сильно нагретой и сжатой ядерной материи, образующейся в процессе соударений релятивистских тяжелых ионов, а также исследование природы спина нуклонов [1]. Это одни из наиболее проблематичных и многообещающих направлений современной фундаментальной физики. Предлагаемая программа фундаментальных и прикладных исследований охватывает несколько научных направлений в разных областях науки: физике тяжелых ионов высоких энергий и спиновой физике, физике низких температур, ядерной физике, физике частиц, физике конденсированных сред, биофизике и радиобиологии, медицине. Выполнение этой программы требует новых решений в физике и технике ускорителей, применения новых математических методов для численного моделирования.

В создаваемом проекте предполагается, что в состав комплекса NICA войдут источник тяжелых высокозарядных ионов электронно-струнного типа, линейный ускоритель на энергию 3 МэВ/н, сверхпроводящий бустерный синхротрон (Бустер) на энергию ядер до 600 МэВ/н (в качестве предускорителя), модернизированный синхротрон Нуклотрон (с энергией до 4,5 ГэВ/н для ионов с отношением заряда к массе Z/A = 1/3) и коллайдер, состоящий из двух вертикально разнесенных один относительно другого сверхпроводящих синхротронов

27 2 1 накопителей со средней светимостью 10 см с" в диапазоне высоких энергий.

При проектировании накопителей заряженных частиц на встречных пучках необходимо обеспечить сверхвысокие вакуумные условия, чтобы снизить влияние рассеяния пучка на остаточном газе и для накопления интенсивных пучков тяжелых ионов. Одним из важнейших вопросов является создание и оптимизация систем питания сверхпроводящих ускорительных комплексов, разработка концепции построения систем питания и защиты для быстроциклирующих сверхпроводящих синхротронов, обеспечение безопасной работы сверхпроводящих магнитных элементов во всех режимах. При ее решении акцент делается на требованиях к подсистеме эвакуации энергии из сверхпроводящих магнитов при появлении нормальной фазы. Созданная в 1993 г. система эвакуации энергии Нуклотрона на имеющихся в то время силовых полупроводниковых приборах до 2007 г. модернизации не подвергалась. Опыт эксплуатации ускорителя позволил выявить слабые места системы и сделать вывод о невозможности получить максимальное поле (энергию частиц) без ее капитальной реконструкции.

Актуальной является также задача развития и модернизация сверхпроводящего ускорительного комплекса Нуклотрон для ускорения в нем пучков тяжелых ионов до релятивистских энергий, и отработки на нем режимов будущего коллайдерного комплекса. Создается также сверхпроводящий синхротрон Бустер, который будет использоваться не только для фундаментальных исследований. Параллельно основной физической программе, на его выведенных пучках планируется проведение прикладных исследований (медицина, радиобиология, материаловедение, включая исследование радиационной стойкости материалов). Опыт, приобретенный при разработке Бустера, может быть использован в дальнейшем для создания подобных сверхпроводящих синхротронов средних энергий, работающих на различные прикладные задачи.

Для получения максимальной светимости в экспериментах на встречных пучках необходимо обеспечить устойчивость пучков высокой плотности циркулирующих и сталкивающихся в накопителе, подавив действие пространственного заряда пучков и внутрипучкового рассеяния, различного рода неустойчивостей, а также влияние нелинейностей магнитной системы. Теоретические и экспериментальные исследования всех этих процессов и эффектов требуются при создании подобных ускорительных комплексов. Для подавления этих эффектов предложено использовать методы электронного и стохастического охлаждения. В комплексе NICA это необходимо в Бустере и кольцах коллайдера. Для получения необходимого объема информации в экспериментах на встречных ионных пучках: регистрации адронных компонент, включая мультистранные гипероны, ассиметрии их распределения в фазовом пространстве и коллективных потоков-струй, одиночных событий и т.д., требуется средняя светимость коллайдера в диапазоне f\ 97 "У 1

10 -10 см" -сек" . Создание систем охлаждения частиц - стохастического и электронного, для обеспечения долговременной устойчивости высокоинтенсивных ионных пучков, а также развитие методик их настройки являются крайне актуальной задачей.

Объединенный институт ядерных исследований является одним из ведущих центров России по созданию и использованию сверхпроводящих ускорителей высоких энергий и экспериментальных детекторов-установок на встречных пучках. Впервые в истории ОИЯИ, в нем создается ионный коллайдер, поэтому вопросы проектирования и создания таких комплексов, исследования вопросов динамики частиц в ускорителях занимают заметное место в деятельности Института. При определяющем участии автора были проведены многие такие исследования, включая работы последних лет по модернизации существующего ускорительного комплекса Нуклотрон и проектирование сверхпроводящих синхротронов (Бустер и Коллайдер) комплекса NICA. Автор принимал также участие в расчетах динамики интенсивных ионных пучков в ускорителях и коллайдерах для зарубежных центров BNL и FNAL (США), GSI и FAIR (Германия). Актуальность этой тематики обусловлена интересом научной общественности и практической значимостью применения результатов для развития уже существующих ускорительных комплексов, и создания новых установок с более высокими параметрами. Фактически, разработка такого ускорительного комплекса - это новое направление в области ускорителей для физики высоких энергий.

Практическая ценность работы и научная новизна:

Впервые разработана схема сверхпроводящего комплекса на встречных пучках тяжелых ионов в диапазоне рекордно низких кинетических энергий (1н-4.5 ГэВ/н), л у л 1 обеспечивающая максимальную светимость на уровне 110 см сек . В этом диапазоне энергий светимость ограничена в первую очередь эффектами пространственного заряда сгустка, а не эффектами встречи, и это требует минимизации периметра накопителя. С другой стороны необходимо подавлять влияние внутрипучкового рассеяния и поэтому необходимо эффективно применять методы охлаждения. Впервые разработана концепция коллайдера, в котором выбрана оптическая структура, позволяющая эффективно использовать систему стохастического охлаждения на энергиях, близких к критической и систему электронного охлаждения на энергиях до 3 ГэВ/н. Разработана методика расчета и моделирования различных схем накопления высокоинтенсивных сгустков с использования охлаждения пучка в коллайдере, разработаны концептуальные схемы систем электронного и стохастического охлаждения для коллайдера, проведены расчеты, а также оптимизация конструкций и расположения элементов этих систем. Разработан и предложен сценарий использования охлаждения пучка в коллайдере. Предложено и осуществлено развитие синхротрона Нуклотрон в качестве установки для отработки различных режимов работы коллайдера NICA. Впервые экспериментально испытаны элементы канала стохастического охлаждения при энергиях и интенсивностях пучка, соответствующих параметрам коллайдера NICA.

Разработан и реализован комплекс технических мер по улучшению вакуумных условий в пучковой камере ускорителя Нуклотрон, что позволило впервые ускорить для проведения ряда экспериментов тяжелые ионы (124Хе42+) до релятивистских энергий. Разработан технический проект системы с последовательным питанием элементов и уникальной системой эвакуации энергии, которые обеспечили надежную эксплуатацию магнитно-криостатной системы Нуклотрона при проектной величине магнитного поля 2Тл. Разработанные, испытанные принципиальные и конструктивные решения и внедренные методики испытаний могут быть использованы при создании подобных систем.

Диссертация основана на работах, выполненных автором в Объединенном институте ядерных исследований в период 2003-2012 гг., и посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию комплекса проблем накопления и ускорения интенсивных ионных пучков в циклических ускорителях.

Диссертация состоит из введения, пяти основных глав, заключения и списка литературы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перечислим основные результаты данной работы:

1. Впервые проведен ряд экспериментов по измерению среднего значения вакуума в пучковой камере сверхпроводящего быстроциклирующего синхротрона Нуклотрон путем измерения темпа потерь циркулирующих ионов. В результате этих работ был впервые разработан комплекс технических мер по улучшению вакуумных условий в пучковой камере ускорителя. Уровень вакуума в пучковой камере Нуклотрона удалось улучшить более, чем на два порядка, что позволило ускорять тяжелые ионы с массовым числом 100 и выше. Впервые разработана и экспериментально опробована на ионах ксенона методика настройки режимов инжекции и ускорения пучков низкой интенсивности. Впервые в быстроциклирующем сверхпроводящем синхротроне ионы ксенона 124Хе42+ ускорены до энергии 1.5 ГэВ/н.

2. Впервые разработан и реализован технический проект системы питания и защиты сверхпроводящих магнитов в быстроциклирующих синхротронах. Разработана концептуальная схема последовательного питания магнитов и линз сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон. Внедрены конструкции элементов и уникальные схемотехнические решения модернизации основных источников питания, регуляторов тока в магнитах и линзах, а также ключей эвакуации энергии. Предложена методика поэтапного ввода в эксплуатацию системы последовательного питания главных структурных элементов сверхпроводящего быстроциклирующего синхротрона. Введена в эксплуатацию модернизированная система питания Нуклотрона, которая позволила достичь проектного уровня тока (6.3 кА) в основных источниках питания и, соответственно, величины магнитного поля 2Тл в главных структурных элементах сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон.

3. Впервые предложено и реализовано создание комплекса современного оборудования в развитие сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон для экспериментального исследования на нем различных режимов работы коллайдера NICA. Разработана конструкция размещения элементов системы и конфигурация канала стохастического охлаждения пучка. Созданы и испытаны элементы канала стохастического охлаждения в сверхпроводящем синхротроне Нуклотрон. Впервые экспериментально измерены в широком диапазоне энергий от 0.5 до 4 ГэВ/н фазово-частотные характеристики элементов системы стохастического охлаждения и параметры ускоренного циркулирующего ионного пучка в Нуклотроне. Сформулированы критерии и технические условия для эффективной работы системы стохастического охлаждения ионного пучка в коллайдере NICA.

4. Впервые предложена и разработана оптимальная схема формирования высокоинтенсивных ионных сгустков в сверхпроводящем коллайдере NICA: накопление пучка с использованием техники барьерных напряжений и охлаждения, а также поддержание максимального уровня светимости эксперимента во всем диапазоне кинетической энергии пучков от 1 до 4.5 ГэВ/н. Разработан и предложен сценарий использования охлаждения пучка в коллайдере: в диапазоне энергий от 1 до 3 ГэВ/н система электронного охлаждения пучка сможет обеспечить достаточно короткие времена охлаждения и работу коллайдера в режиме доминирования пространственного заряда сгустка. В диапазоне энергии ионного пучка от 3 до

4.5 ГэВ/н предложено использование системы стохастического охлаждения. Уровень светиЛ 7 л 1 мости в этом диапазоне не ниже 1-10 см сек достигается в режиме доминирования эффекта внутрипучкового рассеяния. Выбрано оптимальное расположение пикапов и кикеров системы стохастического охлаждения, сформулированы основные параметры обеих систем, обеспечивающие эффективное охлаждение.

5. Впервые сформулирована концепция тяжелоионного коллайдера низких энергий с максимально высокой светимостью сталкивающихся пучков. Разработка сверхпроводящего коллайдера, обеспечивающего максимально возможную светимость физического эксперимента (на уровне 1027 см-2сек-1) в диапазоне энергий Vs NN=4-H 1 ГэВ/н - это фактически но

С.Л.Яковенко, за постоянную помощь и многочисленные плодотворные обсуждения тем, затронутых в диссертации.

Кроме того автор выражает свою глубокую благодарность всему коллективу ускорительного комплекса Нуклотрон ЛФВЭ ОИЯИ за помощь в подготовке и в проведении экспериментов.

Пользуясь возможностью, автор благодарит своих зарубежных коллег: Валерий Лебедев и Сергей Нагайцев (Fermi National Accelerator Laboratory, США); Rolf Stassen, Rudolf Mayer (FZ Juelich); Markus Steck, Alexei Dolinsky (GSI, Германия); Алексей Федотов, Ilan Ben-Zvi (Brookhaven National Laboratory, США); Takeshi Katayama (GSI, Darmstadt); Lars Thorndall, Dieter Mohl (CERN, Швейцария) за увлекательную и творческую коллаборацию, а также неоценимую помощь во многих совместных расчетах и экспериментах.

1.А. N. Sissakian et al., "The Project N1.A/MPD at JINR: Search for the mixed phase of strongly interacting matter at Nuclotron-based ion collider facility" XXIII Int. Symposium on lepton and photon interaction at high energy, LP07, Daegu, Korea, 2007.

2. А.М.Балдин. «О развитии ускорительного комплекса в ЛВЭ ОИЯИ и исследованиях по релятивистской ядерной физике.» В сб.: «Нуклотрон и релятивистская ядерная физика». ОИЯИ, 8309, Дубна, 1974.

3. А.А.Смирнов, А.Д.Коваленко. «Нуклотрон сверхпроводящий ускоритель ядер в ЛВЭ ОИЯИ: создание, работа, развитие», Письма в ЭЧАЯ, т.1 (6(123)), 11, 2004.

4. A.M.Baldin and A.D.Kovalenko. "Status of the Nuclotron", CERN, PS Division Seminar, Geneva, April 1993.

5. A.M. Baldin и др., "Superconducting fast cycling magnets of the Nuclotron", IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol.5, pp.875-877, June 1995.

6. H. Khodzhibagiyan, N. Agapov, A. Kovalenko, A. Smirnov, A. Starikov. "Development of fast-cycling superconducting magnets at JINR", International Conf. "CRYOPrague 06", Prague, 2006

7. H. Khodzhibagiyan, A. Kovalenko, G. Kuznetsov и др. "Superferric Quadrupole magnet with a pulse repetition rate of 10 Hz for high energy particle accelerators", IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 17, N2, 2007.

8. FAIR project http://www.fair-center.de

9. A.D.Kovalenko., "Status of the Nuclotront", Proc. Of EP AC'94,London, 1994, v.l, p.161, (1995).

10. Н.Н.Агапов, "Криогенные технологии в сверхпроводящем ускорителе релятивистских ядер Нуклотроне", журнал "Физика элементарных частиц и атомного ядра" (ЭЧАЯ), 1999, т 30, вып.З, с.760.

11. В.А.Михайлов, диссертация на соискание ученой степени к.т.н. «Обоснование и расчет динамических параметров магнитной структуры Нуклотрона» (ЛВЭ ОИЯИ, 1989 г.)

12. N.N. Agapov, V.A.Andreev, и др. "Slow beam extraction from the Nuclotron", Proc. of the 2001 Particle Accelerator Conf, Chicago, pp. 1646-1648.

13. А.Д.Коваленко. «От синхрофазотрона к Нуклотрону», УФН, т. 177, №8, август 2007.

14. А.М.Балдин, А.И.Малахов, А.Н.Сисакян. «Некоторые проблемы релятивистской ядерной физики и множественного рождения частиц», ЭЧАЯ, Т.32, вып. 7, с 6-62, Дубна, 2001.

15. A.D. Kovalenko, G.Trubnikov et. al., Nuclotron-M project, ОИЯИ, Дубна, 2007.

16. Агапов H.H., Алфеев А.В., Андреев В.А., Базанов A.M., Батин В.И., и др., Ход реализации проекта «Нуклотрон-М» (по итогам сенсов № 37, 38), Сообщения ОИЯИ, Р9-2009-38, Дубна 2009

17. Аверичев А.С., Агапов Н.Н., Алфеев А.В., Андреев В.А., Базанов A.M., Батин В.И., и др., Итоги 39-го сеанса Нуклотрона, Сообщения ОИЯИ, Р9-2009-131, Дубна 2009

18. Аверичев А.С., Агапов Н.Н., Алфеев А.В., Андреев В.А., Базанов A.M., Батин В.И., и др., Итоги 40-го и 41-го сеансов Нуклотрона, Сообщения ОИЯИ, Р9-2010-68, Дубна 2010

19. N. Agapov, V. Alexandrov, О. Brovko, et.al., "Status of the Nuclotron. 'Nuclotron-M' project". Proceedings of IP AC 10, Kyoto, Japan, 684-686.

20. N. Agapov, V. Alexandrov, O. Brovko, et.al., "Status of the Nuclotron", Proceedings of RuPAC-2010, Protvino, Russia, 127-129.

21. Агапов H.H., Алфеев A.B., Андреев, и др., Прогресс в развитии ускорительного комплекса Нуклотрон, Письма в ЭЧАЯ, 2010. Т. 7, № 7(163), 731-736.

22. И.Б.Иссинский, О.И.Бровко, А.В.Бутенко, Эксперименты по исследованию потерь интенсивности пучка Нуклотрона (2002-2005 гг.), Сообщения ОИЯИ, Р9-2007-107, Дубна.

23. В.И. Волков, А.В. Елисеев, И.Б. Иссинский, А. Д. Коваленко, Моделирование адиабатического захвата пучка Нуклотрона в режим ускорения, Сообщения ОИЯИ, Дубна 2003, Р9-2003-154.

24. Design and construction of Nuclotron-based Ion Collider fAcility (NICA), Conceptual design report, Editors I. Meshkov, A. Sidorin, JINR, Dubna, 2008

25. Концептуальный проект ускорительного комплекса Nuclotron-based Ion Collider fAcility (NICA), под редакцией И. H. Мешкова и А. О. Сидорина, Р9-2008-153, Дубна, ОИЯИ, 2008 (ISBN 978-5-9530-0197-7)

26. Nuclotron-based ion collider facility, MPD detector CDR, http://nica.jinr.ru/

27. V.D.Kekelidze, A.S.Sorin et al.,The Multipurpose Detector (MPD). Conceptual Design Report, vl.0, http://nica.jinr.ru/ A. Butenko at al.,

28. G. Trubnikov,.,A. Sissakian et al. "Project of the Nuclotron-based Ion Collider Facility (NICA) at JINR", Proceedings of EPAC08, pp.2581-2583,Genoa, Italy, June 2008; Proceedings of RuPAC 2008, pp. 82-84, Zvenigorod, Russia, September 2008.

29. D.E. Donets, E.D. Donets, et al, "Production and ion-ion cooling of highly charged ions in Electron String Ion Source", Rev. Sci. Instrum. 80, 063304 (2009)

30. V. V. Fimushkin et al., Eur. Phys. J., Special Topics 162 275 (2008), V. P. Derenchuk, A. S. Belov, in Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference Chicago (2001) p.2093, A. S. Belov et al., Nucl. Instrum. and Meth. A333 256 (1993).

31. J. Alessi, A. Schempp, U. Ratzinger, et al., Commissioning of the EBIS-based heavy ion preinjector at Brookhaven, Proceedings of Linear Accelerator Conference LINAC2010, Tsukuba, Japan, FR103

32. H.Khodzhibagiyan, G.Trubnikov, et al, Cryogenic test of full-size superconducting magnet for the Booster synchrotron of the NICA project, Proceedings of the EUCAS-2011, Журнал "Physics Procedia" (2011)

33. H.Khodzhibagiyan, P.Akishin, G.Trubnikov et al., Status of the Development of Superconducting Magnets for the NIC A Project, Proceedings of the Conference on Magnetic Technologies MT-22, #3AP3 6

34. TECHNICAL REPORT "RF Systems for NIC A COLLIDER", BINP, Novosibirsk, 2011.

35. A.Butenko, G.Trubnikov, et al, Design of the Nuclotron Booster in the NICA Project, Proceedings of the RUPAC'10, Protvino, Russia, Oct. 2010, p. 68

36. O.Kozlov, A.Tuzikov, et al., Transport beam lines for NICA accelerator complex, Proceedings of the IP AC'11, San Sebastien, Spain, September 2011, p.3526

37. Kostromin, O. Kozlov et al., Lattice of the NICA Collider Rings, Proc. of IP AC'10, Kyoto, Japan, 2010, p.6907

38. H.Khodjibagiyan et al, Superconducting Magnets for the NICA Accelerator Complex in Dubna, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol.21, N3, 2011, pp. 1795-1798

39. A. Kovalenko, G. Trubnikov, et al, The NICA Facility in Polarized Proton Operation Mode, Proceedings of the IPAC'l 1, San Sebastien, Spain, September 2011, p.1804

40. Meshkov, G.Trubnikov, et al., NICA PROJECT AT JINR, Журнал «Письма в ЭЧАЯ», Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 521, 2012г.

41. I.Meshkov, I.Seleznev, A.Sidorin, A.Smirnov, E.Syresin, G.Trubnikov. BETACOOL program for simulation of beam dynamics in storage rings, NIM A 558 (2006)

42. A.B. Kuznetsov, I.N. Meshkov, A.V. Philippov. Radiative recombination of heavy bare nuclei and ions in electron cooling system, Proceedings of COOL'2011, Alushta, Ukraine , THCOBOl, http://JACow.org

43. A.V. Filippov, et al. Physics of Particles and Nuclei Letters, 2010, v.7, No.7, p. 1

44. C.A. Костромин, И.Н. Мешков, A.O. Сидорин, A.B. Смирнов, Г.В. Трубников, Применение методов охлаждения пучков в проекте NICA, Журнал «Письма в ЭЧАЯ», Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 537, 2012г.

45. I.A. Koop, A.P. Lysenko, I.N. Nesterenko, Yu.M. Shatunov, A.A. Valishev. Dynamic aperture of the storage ring VEPP-2M in round beam mode, Proc. of PAC'97, 5V007, p.1433

46. Филиппов A.B., Мончинский B.A., Кузнецов А.Б., Оценка эффекта электронных облаков для коллайдера NIC А, Письма в ЭЧАЯ, Том 7, № 7(163).

47. Р. Zenkevich et. al., Problems of Ion beam stability for MUSES storage rings, RIKEN-AF-AC-18, Ion bunch stability in the double storage ring, RIKEN-AF-AC-19, Feb. 2000.

48. J. Bosser et. al., Stability of cooled beams, NIM A 441 (2000) 1-8.

49. I.Meshkov, G.Trubnikov, V. Kekelidze, et al, NICA PROJECT AT JINR, Proceedings of COOL'2011, Alushta, Ukraine, М01002, http://JACow.org

50. S. Nagaitsev, Intrabeam scattering formulas for fast numerical evaluation, Physical Review Special Topics Accelerators and Beams, 8, 064403 (2005).

51. D. Mohl, G. Petrucci, L. Thorndahl, and S. van der Meer, Phys. Rept. 58 (1980).

52. I.Meshkov, A.Sidorin, E.Syresin, T Tanabe, T.Katayama. Computer simulation of ECOOL and IBS process in ACR and DSR using BETACOOL program. RIKEN-AF-AC-21, April 2000

53. Particle Accelerator Conference, Oak Ridge National Laboratory, Knoxville, USA. IBS FOR ION DISTRIBUTION UNDER ELECTRON COOLING, A.V. Fedotov, I. Ben-Zvi, Yu. Eidelman, V. N. Litvinenko, G. Parzen, A. Smirnov, G. Trubnikov, A.Sidorin, 4263-4265, 2005

54. V.Parkhomchuk, New insights in the theory of electron cooling, NIM A 441 (2000)

55. А. Кобец, А. Сидорин, Г. Трубников, H. Шурхно, О вопросах создания системы стохастического охлаждения пучков ионов на сверхпроводящем ускорительном комплекск Нуклотрон ОИЯИ, Журнал «Письма в ЭЧАЯ», Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 604, 2012 г.

56. R.Stassen, R.Mayer, et al. Recent developments for the HESR stochastic cooling system , Proceedings of COOL, 2007, Bad Kreuznach, Germany, p. 191.

57. Проект высоковольтной системы электронного охлаждения коллайдера НИКА Е.В. Ахманова, СЛ. Яковенко, и др., Журнал «Письма в ЭЧАЯ», вып. 4, т.7, 2012 г.

58. Khodzhibagiyan H.G. and Smirnov A.A., The concept of a superconducting magnet system for the Nuclotron, Proc. of the 12th Int. Cryogen. Eng. Conf., 1988, pp. 841-844.

59. Г.В.Трубников, А.О.Сидорин,. А.В.Бутенко и др. «Итоги реализации проекта Нуклотрон-М», Журнал «ЭЧАЯ», 2012, т.43, вып №4

60. W. Hardt «А few simple expressions for checking vacuum requirements in a proton synchrotron», ISR-300/GS/68-11.

61. B.A. Мончинский «Вакуум в Нуклотроне», Научно технический отчет НЭОН ЛВЭ, 2006.

62. И.С. Дмитриев, А.И. Пикин, «Расчет потерь ионов от перезарядки при ускорении в синхротронах». Сообщение ОИЯИ Р9-86-113, Дубна.

63. А.Ф. Тулинов, B.C. Николаев, И.С. Дмитриев и др., Научный отчет по теме «Расчеты сечений перезарядки ионов и толщин перезарядных мишеней", Москва, НИИЯФ МГУ, 1987.

64. Технический отчет АСУ Нуклотрона. ЛФВЭ ОИЯИ, FOTON, "Vacuum Praha", 2010, Дубна, ОИЯИ.

65. Аверичев А.С., Агапов Н.Н., Алфеев А.В., Андреев В.А., Базанов A.M., Батин В.И., и др., Итоги 42-го и 43-го сеансов Нуклотрона, Сообщения ОИЯИ, Р9-2011-72, Дубна 2011

66. G. Trubnikov, N. Agapov, A. Butenko,. A.Kovalenko et al. « PROJECT OF THE NUCLOTRON-BASED ION COLLIDER FACILITY (NICA) AT JINR» Proceedings of IP AC'10, Kyoto, Japan, May 2010, p.693.

67. A. Eliseev, N. Agapov, ., A.Butenko et al. «Results of the Nuclotron Upgrade Program», Proceedings of the IP AC' 11, San Sebastian, Spain, September 2011, p.2508

68. B.Franzke, IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-28, 2116 (1981).

69. R.D. DuBois, O. de Lucio, M. Thomason, et al. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В 261 (2007) p.230-233.

70. Афанасьев C.B., и др., Идентификация пучка ионов Хе на ускорительном комплексе нуклотрон-М ЛФВЭ ОИЯИ методом измерения полного пробега в веществе, журнал Письма в ЭЧАЯ, 2011 год, том 8, #2 (165), стр. 192

71. В.Браднова, и др., Опытное облучение на Нуклотроне ОИЯИ ядерной эмульсии ядрами ксенона, журнал «Письма в ЭЧАЯ», 2011 год, том 8, #6 (169), стр. 936

72. А.А.Смирнов. НУКЛОТРОН новая технология сверхпроводящей магнитной системы синхрофазотрона. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 2001, т.32, вып.1. с.96-141.

73. G. Dugan, М. J. Syphers, 50 TEV HIGH-FIELD VLHC WITH A LOW FIELD INJECTOR, Proceedings of the 1999 Particle Accelerator Conference, New York, 1999, pp. 2632-2634

74. F. R. Huson, H. Bingham, J. Calvin, et al„ SUPerferiC MAGNET OPTION FOR THE SSC, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-32, Ко. 5, October 1985

75. Н.Н.Агапов и др. Бустерный синхротрон ускорительного комплекса NICA. Письма в ЭЧАЯ, 2010, т.7, №7(163) с.723-730.

76. G.Moritz, Fast-pulsed SC magnets, Proceedings of ЕР AC 2004, Lucerne, Switzerland, pp. 132136

77. В.Н.Карпинский и др. Развитие системы питания Нуклотрона. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 2010, т.7, №7(163) с.835-842.

78. Попов Е.П. Автоматическое регулирование и управление. Издательство «Наука», Главная редакция физ.-матем. Литературы. 1966.

79. Ривкин Г.А. Преобразовательные установки большой мощности. Госэнергоиздат. 1959.

80. V. Gorchenko, V. Karpinsky, A. Kirichenko et al, Nuclotron Main Magnet Power Supply Control System. Proceedings of EPAC 1998, Stockholm, Sweden,, pp. 1694 1696 (http://accelconf.web.cern.ch/ AccelConf/e98/PAPERS/TUP02L.PDF')

81. Meshkov I., Seleznev V., Shurkhno N. et al. Stochastic cooling system prototype for Nuclotron, Proc. of RuPAC'10. Protvino. 2010. P. 73-76.

82. F. Nolden, В. Franzke, A. Schwinn, F. Caspers, FIRST EXPERIMENTS ON STOCHASTIC COOLING OF HEAVY ION BEAMS AT THE ESR, Proceedings of EPAC'98, THP39G, p.1052, 1998, Stockholm, Sweden.

83. M. Blaskiewicz , J.M. Brennan, P. Cameron, J. Wei, STOCHASTIC COOLING STUDIES IN RHIC, Proceedings of PAC'03, p.394, USA

84. D.Mohl, Stochastic cooling, CERN Accelerator School 1993, P.587, CERN, Geneva, Switzerland

85. Katayama Т., Tokuda N., Fokker-Planck approach for the stochastic momentum cooling with a notch filter, Part. Accel. 1987. Vol.21. P. 90-120.

86. Goldberg D., Lambertson G., Dynamic devices: a primer on pickups and kickers // AIP Conf. Proc. 1992. Vol. 249. P. 537-600.

87. Neuffer D., Calculations of pickups/kickers sensitivity, Fermilab. 1982.93. © 1998-2008 Wolfram Research, Inc., http://wolfram.com

88. Stochastic cooling for HESR at the FAIR facility (H.Stockhorst, R.Stassen, D.Prasuhn, R.Maier, T.Katayama, L.Thorndahl, TU6PFP078, Proceedings of РАС'09, Vancouver, Canada.

89. Brittner P., Greven R., Stassen R. et al. Recent developments for the HESR stochastic cooling system, Proceedings of COOL 2007, Bad Kreuznach, Germany. P. 191-193.

90. Bechstedt U., Dietrich J., Henn K., et al., Optical Notch Filter for the Stochastic Cooling

91. System of COSY, Proceedings of PAC. 1999. P. 1701-1703

92. I.B.Issinsky and V.A.Mikhailov, «Conception of the 200 MeV/u Booster for the Nuclotron» Proc. of the 1991 IEEE Particle Accelerator Conf., San Francisco, v.5, p.2886.

93. N.N.Agapov, A.V.Butenko, D.Dinev et al. «Rapid cycling superconducting booster synchrotron» Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria, vol.1, pp.560-562.

94. N.N. Agapov, A.V. Butenko, D. Dinev et al. «Magnetic Lattice of The Nuclotron Booster» Proceedings of the Int. Workshop, Sept. 2001, Varna, Bulgaria, vol.2, pp.187-193.

95. A.V. Butenko, A.D. Kovalenko, V.A. Mikhaylov, V.A. Monchinsky, V.I. Volkov, V.Angelov, D. Dinev «Prospect of Upgrading the Nuclotron Beam Intensities» Proceedings of the Int. Workshop, 10-16 Sept. 2001, Varna, Bulgaria, vol.1, p.63.

96. A.V.Butenko, I.B.Issinsky, H.G.Khodzhibagiyan et al. "Progress in the Nuclotron Booster design" Proceedings of EPAC 2002, Paris, France, vol.1, pp.596-598.

97. A.Sidorin, N. Agapov, ., A.Butenko et al. « Project of the Nuclotron-based Ion Collider fAcility (NICA) at JINR» Proceedings of the RUPAC'10, Protvino, Russia, Oct. 2010, p.14.

98. Gluckstern P.L. «Distribution of the maximum orbit distortion for random distributed misalignment» Particle Accelerators V.8, 1978, pp. 203-209.

99. G.Trubnikov, A.Kovalenko, et al., Heavy ion collider project NICA/MPD at JINR (Dubna), Proceedings of the 35th International Conference of HEP, Paris, France. PoS (ICHEP 2010)523.3

100. E.Mahner. «Heavy-ion induced molecular desorption: a review of three years of measurements at LINAC 3», 13th ICFA Beam Dynamics Mini-Workshop: «Beam Induced Pressure Rise in Rings», Brookhaven National Laboratory, December 9 -12, 2003

101. E. Mahner. Technical Design of the LEIR Vacuum System. LHC-VAC/EM Vacuum Technical Note 2002-04.

102. A.V. Philippov, A.B. Kuznetsov, V.A. Mikhaylov, et al., «Simulation of Au32+ beam losses due to charge exchange and dynamic vacuum in Nuclotron Booster», Proceedings of the RUPAC'10, Protvino, Russia, Oct. 2010, p.89.

103. E. Mahner, J. Hansen, J.-M. Laurent, N. Madsen. «Molecular desorption of stainless steel vacuum chambers irradiated with 4.2 MeV/u lead ions», PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS ACCELERATORS AND BEAMS,VOLUME 6, 013201 (2003).

104. В.Н.Карпинский, Н.Г.Кондратьев, А.Л.Осипенков и др. «Развитие системы питания нуклотрона», Письма в ЭЧАЯ, ISSN 15474771, 2010, Т.7, №7(163), стр.835-842.