Учёные Института ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН), в рамках научной программы Национального центра физики и математики (НЦФМ), подготовили рекомендации по созданию на основе российских технологий диагностического оборудования для линейных резонансных ускорителей ионов, проектируемых как в виде инжекторов крупных ускорительных комплексов, так и в качестве отдельных установок.

«В стране наблюдается настоящий «ускорительный бум»: идёт строительство как гигантских установок класса «мегасайенс» (NICA в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне и проекта ЦКП «СКИФ» в Новосибирске), так и относительно маленьких машин: различных медицинских комплексов и компактных источников нейтронов, которые можно устанавливать в университетах, например, проект DARIA. Началом любых таких комплексов являются линейные резонансные ускорители. При этом существует принципиальная разница в устройстве и оборудовании диагностики пучка для машин, работающих с легкими электронами, и машин, в которых разгоняют тяжёлые протоны и ионы. Перед нами, как специалистами, работающими на самом крупном российском линейном ускорителе ионов, была поставлена задача сформулировать, обосновать и привести примеры, как должна быть устроена система диагностики для такого типа ускорителей, то есть нужно было составить своего рода «учебник» по диагностике пучков»,– рассказал заведующий лабораторией пучка отдела ускорительного комплекса Института ядерных исследований РАН к. ф.-м. н. Сергей Гаврилов.

В результате анализа учёные выделили наиболее апробированные в отечественной и мировой практике приборы, практическая реализация которых возможна с учетом имеющегося или гарантированно достижимого уровня российских технологий. Специалисты представили устройства диагностики, которые позволяют измерять ток, положение, фазу, поперечный профиль и эмиттанс, продольную микроструктуру, а также потери пучка:

1. Измерения тока: индукционный датчик тока и цилиндр Фарадея.

2. Разрушающие измерения поперечного профиля: двухпроволочный сканер, многопроволочный профилометр, люминесцентный экран.

3. Неразрушающие измерения поперечного профиля: мониторы и профилометры на основе ионизации и свечения остаточного газа.

4. Измерения положения и фазы: ёмкостные пик-ап электроды.

5. Измерения поперечного эмиттанса: электростатический, диафрагмированный, щелевой измерители эмиттанса.

6. Измерения продольной микроструктуры и эмиттанса: измеритель формы сгустков.

7. Измерения потерь пучка: газовые ионизационные и пропорциональные камеры.

Для каждого устройства диагностики даны: определение и типичные значения измеряемого параметра пучка; физические принципы работы и типичные характеристики устройства; особенности практической реализации и примеры реальных устройств. Для отдельных устройств предложены варианты реализации на основе опыта и технологических возможностей ИЯИ РАН: указаны эксплуатационные режимы работы, конструктивные особенности и расчетно-модельные оценки рабочих характеристик для обоснования предлагаемых решений. Кроме того, приведены примеры характерных диагностических процедур для измерения ключевых параметров пучков ионов в режимах запуска, наладки и регулярной эксплуатации на примере сильноточного линейного ускорителя протонов и отрицательных ионов водорода ИЯИ РАН.

Трёхмерные модели устройств диагностики созданы учёными ИЯИ РАН в рамках научной программы НЦФМ

В 2023–2025 годах специалисты ИЯИ РАН в рамках научной программы НЦФМ будут развивать приборы и методы неразрушающей диагностики пучков, необходимые для практической эксплуатации резонансных ускорителей ионов. По плану, будут разработаны и испытаны макеты типовых конфигураций оборудования для неразрушающей диагностики тока, положения, фазы и поперечного профиля пучка, а также проанализированы и усовершенствованы методы неразрушающей диагностики поперечного эмиттанса, энергии и фазового спектра пучка в линейных резонансных ускорителях ионов.

Источник: пресс-служба ИЯИ РАН.