Модернизация инжекционного комплекса «Нуклотрон».

1. Модернизация инжекционного комплекса «Нуклотрон». Модернизация источников заряженных частиц. Модернизация форинжектора. Модернизация ЛУ-20.

2. Лазерный источник ионовLIS (Laser Ion Source). • Электронно - струнный источник ионов ESIS(Electron String Ion Source). • Источник поляризованных ионов SPIon • (Source of Polarized Ions). • 4) дуговой Источник неполяризованных ядер водорода, дейтерия игелия- дуоплазмотрон.

3. Лазерный источник ионов( LIS ) ₆Li³⁺, ₇Li³⁺,10B4+, ₁₂C5⁺, ₁₆O6⁺, ₁₉F7⁺, ₂₄Mg10⁺, ₂₈Si12⁺

4. 1976 Лазер Nd-стеклоCO₂-лазер • ≈1 импульс / мин. неприменим в качестве источника ионов для работы на ускорителях. • Трудоемкость эксплуатации • ≤ 1 импульса/сек. удовлетворяет требованиям частоты следования импульсов • Относительная простота обслуживания Преимущества CO₂- лазера Nd CO₂

5. Nd - стекло Nd-гранат (YAG-Nd) • ≈1 импульс / мин. ( менее 0.04 Гц ). * λ≈ 1.15 ( Вт/м∙К ) • ≤ 10 импульсов/сек. ( до 100 Гц ) * λ≈ 14 ( Вт/м∙К ) Nd-стекло YAG-Nd

6. LISв проектах: ИТЭФ-ТВН (TWAC-ITEP) Россия - ЦЕРН (ТерраВаттный Накопитель) (TerraWatt Accumulator) и DPIS TITech (Direct Plasma Injection Scheme) TOKYO, JAPAN

7. TWAC ЦЕЛЬ : переход на тяжелые ионы CO₂-лазерная система5 Дж 20 Дж 100 Дж Target High voltage platform L10(20) L5 Ion beam Plasmas torch Laser beam L100 Mirrors

8. LIS Зависимость потенциалов ионизации, полученных LIS , от импульсной энергии лазера (красные точки – TWAC , черные точки – из других публикаций. С02-лазер?

9. DPIS TITech2000-2006 • Nd-YAG 0.4 Дж C⁶⁺ 46.8% • CO₂ - лазер 1.2 Дж(85 нс) C⁵⁺/C⁴⁺/C³⁺ 36/48/16 Nd-glass 3 Дж (30 нсек) нет выс./зар ионов Nd-YAG 2.3 Дж(6нс) C⁶⁺/ Fe¹⁷⁺/Ag¹⁵⁺

10. CO₂-лазер Nd-YAG E ≥ 2 Дж , τ≈ 7-8 нс Плотность поток на мишени ~ 5 ·10¹² Вт/см² Получение пучка ядер ₁₂C⁶⁺ без стрипера, ускорение более тяжелых ионоввплотьдо Fe19+

11. Электронно - струнный источник ионов ESIS(Electron String Ion Source). Источник высокозарядных ионов «Крион» представляет собой уникальный инструмент, с помощью которого в области атомной физики, физики заряженной плазмы и ускорительной техники получены и получаются результаты выше или значи-тельно выше мирового уровня. Для ускорения ионов золота на существующем ускорительном комплексе«Нуклотрон» необходимо обеспечить от ионного источника пучки ионов Au⁶⁵⁺ . Для проекта NICA необходимы пучки ионов золота Au30+ или Au51+.Пучки таких ионов получаются на существующем источнике «Крион»,однако их интенсивности существенно ниже требуемых.

12. Источник Крион сегодня

13. 1. Электронная струна – это обнаруженное в ЛВЭ ОИЯИ стационарное состояние высокотемпературной однокомпонентной электронной плазмы, удерживаемой сильным магнитным и слабым электрическим полями. 2. Состояние электронной струны квазистабильное и спокойное в достаточно широких пределах параметров, так что она может использоваться для удержания положительных ионов и доведения их до высоких зарядовых состояний за счет обдирки орбитальных электронов электронами струны. 3. Электронно-струнный ионный источник был разработан в ЛВЭ и применен на нуклотроне для ускорения Ar16+ и Fe24+ .

14. EBIS ESIS EBISв отражательном режиме работы (рефлектор электронов вместо коллектора)

15. КРИОН-2сегодня • Разработана технология криогенной импульсной инжекции газов в рабочий объем ESIS с возможностью контроля количества инжектируемого газа в каждом импульсе. • Импульсная инжекция охлаждающего газа является необходимым компонентом технологии ион-ионного охлаждения, которое позволяет увеличить выход ионов. Например , для Au⁵¹⁺ ≈ в 2 раза.

16. Au ions yield vs ion cooling time 160 140 arb.units 120 100 80 60 40 tion=700ms, mean Au 50.2+ tion=1000ms, mean Au 50.9+ 20 Tcooling [ms] 0 0 200 400 600 800 1000

17. Au TOF spectra, mean q Au = 50.2+ Au50.2+

18. Источник поляризованных ионов SPIon(Source of Polarized Ions) и Дуоплазмотрон. Главной целью SPI-проекта является повышение интенсивности ускоренных поляризованных пучков на ускорительном комплексе ОИЯИ до 1010 d/pulse. Особенностью Нуклотрона является возможность только однооборотной инжекции и работы только с положительными ионами. Поэтому целесообразно использовать источники положительно заряженных поляризованных ионов дейтерия. Замечание: Наибольшая интенсивность пучка достигается для источников положительно заряженных поляризованных ионов с зарядообменным плазменным ионизатором и накопителем.

19. SPI-проектвключает следующие стадии: • Разработка высокоинтенсивного Источника поляризованных ионов • Полное тестированиеSPI • Модификация платформы линейного предускорителя и станции питания. • Адаптация существующей системы удаленного контроля SPI при высоком напряжении. - СборкаSPIиоборудования на платформе форинжектора, запуск линейного ускорителя с поляризованным пучком и измерения поляризации на его выходе.

20. SPI-проект предусматривает разработку источника, использующего зарядо-обменный ионизатор. Резонансными реакциями для получения поляризованных протонов и дейтронов являются: H0 + D+  H+ + D 0 D0 + H+  D+ + H0 ~ 5· 10-15 cm2 • Проектный ток на выходе SPIдо10 mA для D+ ( H+). • D+ до 90% для максимального векторной (±1) и тензорной(+1,-2) поляризации. • SPI-проект в значительной степени базируется на оборудовании, которое было поставлено в рамках договора между ОИЯИ и IUCF (Bloomington, USA). Проект реализуется в тесном сотрудничестве с ИЯИ РАН (Москва , Россия)

21. Ионизатор поляризованных атомов с накопительной ячейкой для SPI позволяет: - повысить интенсивность пучка поляризованных ионов, - уменьшить эмиттанс - значительно уменьшить ток ионов H2+, которые трудно отделить от поляризованныхD+из-за равенства их масс. • SPI-источникпредполагает переделку зарядообменного ионизатораCIPIOSв ионизатор с накоплением поляризованных атомов дейтерия и получением положительно заряженных поляризованных дейтронов зарядо - обменным резонансом в водородной плазме.

22. Накопительная ячейка Плотность поляризованных атомов водорода в районе ионизации источника поляризованных ионов может быть повышена по сравнению со свободным пучком поляризованных атомов водорода использованием ячейки накопления.

23. Ионизатор поляризованных атомов с накопительной ячейкой для SPI позволяет: - повысить интенсивность пучка поляризованных ионов, - уменьшить эмиттанс - значительно уменьшить ток ионов H2+, которые трудно отделить от поляризованныхD+из-за равенства их масс. - Использовать ионизационную часть в качестве самостоятельного источника неполяризованных H+ и D+(вместо дуоплазмотрона)

25. МОДЕРНИЗАЦИЯ ФОРИНЖЕКТОРА • · Замена ИТ-800 и ускоряющей трубки на RFQ. • Потенциал на платформе при этом составит ≤ 150 кВ • · Использование разделительного трансформатора 35 кВА для питания источников ионов.

26. КРИОН-2 ≈15 кВт

27. SPION ≈ 25 кВт

28. ФОРИНЖЕКТОР СЕГОДНЯ Источник ионов Ускоряющая трубка ЛУ-20 Двигатель генератора Генератор 5кВт ИТ-800

29. ФОРИНЖЕКТОРПОСЛЕ МОДЕРНИЗАЦИИ Разделительный трансформатор Источник напряжения ≥ 150 кВ Источник ионов Ускоряющая трубка RFQ ЛУ-20

30. RFQ Параметры на входе в RFQ Параметры на выходе в RFQ

31. Модернизация ЛУ-20. • Переход на безмасляную откачку вакуума. • Переход на импульсное питание трубок дрейфа. Цель: • Повышение предельной напряженности ускоряющего ВЧ-поля. • Повышение добротности резонатора.

32. Спасибо за внимание.