'

ITEP-TWAC FACILITY PROGRESS REPORT

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

ITEP-TWAC FACILITY PROGRESS REPORT N.N.Alexeev, D.G.Koshkarev, B.Yu.Sharkov Institute for Theoretical and Experimental Physics, Moscow, Russia RuPAC 2006


Слайд 1

Содержание доклада Проект ИТЭФ-ТВН Достигнутые и планируемые параметры Модернизация лазерного источника ионов и переход на тяжелые ионы Перспективы повышения интенсивности ускорителя-накопителя У-10 Эксплуатация комплекса и направления исследований на пучках протонов и ионов Заключение


Слайд 2

Ускорительный комплекс ИТЭФ-ТВН 2) Создание ускорителя ионов с макс. энергией до ~4 ГэВ на нуклон для экспериментов по релятивистской ядерной физике 3) Расширение прикладных исследований на пучках протонов и ионов


Слайд 3

Этапы реконструкции


Слайд 4

Charge-exchange injection technique applied for heavy ions The ion accumulation is based on the charge-exchange injection with using a fast bump system for minimising the stacked beam perturbation over penetrating through the stripping foil material. Schematic layout of the beam trajectory at injection are shown in Fig. The deflection of the beam in the septum magnet SMG at injection is 98 mrad, the maximum field is 1.2 T. This magnet steers the injected beam to the centre of the stripping foil of 5x10 mm size, which is placed in the vacuum chamber of the F505 with a displacement of 20 mm from the ring equilibrium orbit. The fast bump system matching of both injected and circulating beams includes three kicker magnets installed in the short straight sections after of the magnets F411, F511 and F711. The first kicker magnet gives the kick of 3 mrad deflecting the stacked beam to the stripping foil at a moment when the injected beam is passing through the transfer line. The two beams, becoming one after passing through the stripping foil, are set to the ring closed orbit downwards by the kicker magnets in straight sections of F511 and F711. The foil material is mylar with the thickness of 5 mg/cm2, that yields >90% of bare carbon ions with projectile energy of >50 MeV/amu. Beams trajectories at injection Injecting beam crosses stripping foil Accelerated and stacked beams Two beams meeting in stripping foil Stripping foil signal Injected beam Stacked and injected beams Beam in booster before ejection Stripping foil signal Stacked and injected beams


Слайд 5

Accumulation process optimization The injection efficiency is now limited by the rise time of the pulse in the UK ejection kicker magnet and some particle losses (~10%) in beam transfer line between booster and accumulator rings. The efficiency of beam stacking is near to absolute for particles crossing stripping foil. The process of the beam accumulation is shown on Fig. The efficiency of accumulation process is characterized by lifetime of the stacked beam with fast bump system on (??) and off (?o) [6]. Using equality ?o=25?Ax,z, we get estimation of the accumulator ring dynamic acceptance as Ax,z ~ 12 ? mm?mrad. Designating ?A as acceptance reduction from the orbit displacement by the fast bump at injection, and considering equality (?o??)/(?o-??)=20(Ax,z-?A), it gets estimation of ?A ~ 2 ? mm?mrad. The factor of stacked beam losses at injection of a new portion of particles is calculated as ?=(?o-??)/(finj?o??)=0.005, and the factor of stacking intensity increase is equal to k?=(finj??) ~70. The maximum intensity achieved last time in the booster synchrotron has not yet been used in the mode of beam accumulation so we have possibility to increase the stacked beam intensity in the next accumulator run by factor of two. Stacking of the C4+=>C6+ beam in U-10 Ring 1V/2.5x109 1V/6x109 Stacked beam life time in the U-10 Ring Kickers on, ??=200 s Kickers off, ?o=300 s Maximal intensity of stacked beam k? =>70 1V/6x109 Level of intensity saturation Approaching to saturation level Stacked beam current 1V/25 mA 60 mA 4x1010 40 с 100 с


Слайд 6

Longitudinal compression and ejection of stacked beam The stacked beam longitudinal compression is fulfilled with the 10 kV accelerating resonator which is used also with low voltage (~1 kV) for the beam keeping at the process of its accumulation. Due to the Non-Liouvillian saving of the longitudinal phase space for the stacking beam at multiple charge exchange injection, the particle density seems to be maximal after compression and the grade of compression depends on a beam forming in the booster synchrotron at its acceleration and ejection. Result of beam compression up to the pulse width of 150 ns is illustrated on Fig. 150 ns 1V/50 mA Fast extraction system of U-10 Ring Stacked bunch envelope at compression before ejection Compressed bunch width Beam stacking and fast ejection 180 mA


Слайд 7

Ускорение ядер С6+ до энергии 4 ГэВ/н по трехступенчатой схеме И-3/УК/У-10 Интенсивность ускоренного пучка Производная магнитного цикла У-10 3х108 Сброс пучка на внутреннюю мишень 700 мс


Слайд 8

Достигнутые параметры комплекса в режиме накопления ионов


Слайд 9

Лазерный ионный источник Параметры CO2 - лазера Ток пучка и зарядовый состав Оптическая схема Лазер Л5 Мишень Плазменный факел Ионный пучок Луч лазера Зеркало Разрывающий промежуток 10 мкс


Слайд 10

Модернизация ионного источника C5+ Повышение энергии лазера для увеличения потенциала ионизации тяжелых элементов. Модернизация конструкции мишенной камеры для повышения ресурса источника. Обеспечение оперативной смены типа ускоряемых ионов. Новая оптическая схема лазерного ионного источника с тремя лазерами Л100 Л10(20) Л5 Мишень Высоковольтная платформа Плазменный факел Ионный пучок Лазерный луч Зеркала


Слайд 11

Проблемы повышение интенсивности накопителя C5+ Увеличение интенсивности бустера УК : с инжектором И-3 (1,3МэВ/н) - в 10 раз с инжектором И-4 (7 МэВ/н) - в 100 раз Расширение динамической апертуры накопителя - в 5 раза Уменьшение потерь частиц при выводе из бустера и инжекции в накопитель - в 2 раза Увеличение частоты циклов накопления для минимизации внутрипучкового рассеяния частиц


Слайд 12

Ионный инжектор И-3


Слайд 13

Ускорение супертяжелых ионов Зависимость энергии частицы на выходе И-3 от фазы группирующего напряжения для Ар/Zp?3. Ар/Zp=3 4 5 6 7 8 9 10 Ускорение U29+ с наибольшей интенсивностью Ускорение U29+ до максимальной энергии


Слайд 14

Структура пучка ионов С4+ на выходе И-3 Ток пучка на входе (1В/50 мА) и банчевая структура на вых. И-3 (1В/20 мА). Банчи пучка на выходе И-3 1В/20 мА Форма банча на выходе И-3, 1В/20 мА 400 мА 18 нс 400 нс


Слайд 15

Ускорение пучка в бустерном синхротроне УК при инжекции на растущее поле Ток пучка ионов С4+ на выходе И-3 и в конце ионопровода. Циркуляция пучка в УК после инжекции по датчику в конце первого оборота(2В/1 мА) Осциллограмма захвата пучка в УК в режим ускорения (2В/1 мА) Осциллограмма ускорения ионов С4+ в УК до энергии 300 МэВ/а.е.м. Вых. И-3 Вх. УК 2 мА 7 мА 1,5 мА 1 мА 109 2,5х109 Интенсивность Производная магнитного цикла


Слайд 16

Адиабатический захват пучка в режим ускорения в БС УК Injection – for one turn Time of beam debunching - 7 ms Time of RF amplitude ramp – 10 ms Time of transition to acceleration – 20 ms Factor of beam capture - >90% Factor of beam loss at transition to acceleration – 20% Longitudinal beam dynamics Beam debunching, URF=100 V Beam trapping, U RF=10 kV Beam acceleration Oscillograms Debunching Injection Beam trapping, 1V/109 Beam bunches at acceleration with js=10o Intensity, 1V/109 C4+ beam adiabatic trapping dB/dt RF voltage, 10 kV f RF= 720 kHz, h=10 Ек=1,4 МeV/amu, ?=1,00, ?=0,055 Ек=1,3 МeV/amu, ?=1,00, ?=0,053 5х109


Слайд 17

Состояние накопительного кольца У-10


Слайд 18

Эксплуатация комплекса ИТЭФ-ТВН Полное время работы комплекса в 2005 году составило 2808 часов, из которых: 1704 ч. - ускорение протонов (1152 ч. с энергией 2,5 ГэВ и 552 ч. с энергией 8 ГэВ), 828 часов – накопление ионов углерода с энергией 200 МэВ/н, 276 часов – ускорение ионов углерода до энергии 4 ГэВ/н.


Слайд 19

Использование ускоренных пучков Большой экспериментальный зал (БЭЗ) Зона медленного вывода пучка Мишенный корпус Корпус биологических исследований Зона вторичных пучков Стенд радиационной обработки материалов Здание инжектора И-2 Здание инжектора И-3


Слайд 20

релятивистская ядерная физика физика высокой плотности энергии в веществе физика и технология тяжелоионного термоядерного синтеза физика сильноточных ионных пучков радиобиология и медицинская физика протонная терапия ионная терапия радиационное материаловедение протонная радиография испытание радиационной стойкости образцов Направления исследований на пучках протонов и ионов комплекса ИТЭФ-ТВН


Слайд 21

Заключение 1. За последние два года достигнут определенный прогресс в повышении эксплуатационных параметров комплекса ИТЭФ-ТВН: - улучшена технология перезарядной инжекции и накопления, что позволило увеличить вдвое интенсивность накапливаемого пучка, - коэффициент накопления ионов повышен в 1,5 раза до величины ~70, - комплекс выведен на эксплуатационный режим ускорения и накопления ионов в объеме ~1000 часов в год. 4. В существующих условиях финансирования фундаментальных исследований необходимо расширение коммерческого использования ускоренных пучков протонов и ионов для получения дополнительных средств на содержание развитие комплекса. 3. Модернизация ряда систем инжекционного комплекса И-3/УК позволяет рассчитывать на повышение интенсивности накопителя до 10 раз. Дальнейшее увеличение интенсивности может быть достигнуто с новым ионным инжектором И-4. 2. Основная задача текущего года состоит в модернизации ионного источника для расширении массового состава ускоряемых и накапливаемых ионов .


×

HTML:





Ссылка: