Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М

Рассмотрены проблемы создания магнита с постоянным полем для измерения энергии и спектра электронов на технологическом ускорителе электронов с энергией около 10 МэВ. Исследовано влияние параметров пучка электронов на распределение плотности частиц на выходе анализирующей системы. Проведено моделиров...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Гук, И.С., Кононенко, С.Г., Лященко, В.Н., Мыцыков, А.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2017
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Теория и техника ускорения частиц
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136175
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М / И.С. Гук, С.Г. Кононенко, В.Н. Лященко, А.О. Мыцыков // Вопросы атомной науки и техники. — 2017. — № 6. — С. 24-27. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-136175
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1361752018-06-17T03:05:12Z Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М Гук, И.С. Кононенко, С.Г. Лященко, В.Н. Мыцыков, А.О. Теория и техника ускорения частиц Рассмотрены проблемы создания магнита с постоянным полем для измерения энергии и спектра электронов на технологическом ускорителе электронов с энергией около 10 МэВ. Исследовано влияние параметров пучка электронов на распределение плотности частиц на выходе анализирующей системы. Проведено моделирование различных вариантов схемы и конструкции магнита. Розглянуто проблеми створення магніта з постійним полем для виміру енергії та спектра електронів на технологічному прискорювачі з енергією біля 10 МеВ. Вивчався вплив параметрів пучка електронів на розподіл щільності часток на виході аналізуючої системи. Проведено моделювання різних варіантів схеми та конструкції магніта. The problems of creating a magnet with a constant field for measuring the energy and electron spectrum at a technological accelerator of electrons with an energy of about 10 MeV are considered. The effect of the electron beam parameters on the particle density distribution at the output of the analyzing system was studied. Provided modeling of various options for the circuit and the design of the magnet. 2017 Article Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М / И.С. Гук, С.Г. Кононенко, В.Н. Лященко, А.О. Мыцыков // Вопросы атомной науки и техники. — 2017. — № 6. — С. 24-27. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136175 621.384.6 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теория и техника ускорения частиц Теория и техника ускорения частиц
spellingShingle	Теория и техника ускорения частиц Теория и техника ускорения частиц Гук, И.С. Кононенко, С.Г. Лященко, В.Н. Мыцыков, А.О. Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М Вопросы атомной науки и техники
description	Рассмотрены проблемы создания магнита с постоянным полем для измерения энергии и спектра электронов на технологическом ускорителе электронов с энергией около 10 МэВ. Исследовано влияние параметров пучка электронов на распределение плотности частиц на выходе анализирующей системы. Проведено моделирование различных вариантов схемы и конструкции магнита.
format	Article
author	Гук, И.С. Кононенко, С.Г. Лященко, В.Н. Мыцыков, А.О.
author_facet	Гук, И.С. Кононенко, С.Г. Лященко, В.Н. Мыцыков, А.О.
author_sort	Гук, И.С.
title	Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М
title_short	Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М
title_full	Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М
title_fullStr	Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М
title_full_unstemmed	Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М
title_sort	выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов лу-10м
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Теория и техника ускорения частиц
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136175
citation_txt	Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М / И.С. Гук, С.Г. Кононенко, В.Н. Лященко, А.О. Мыцыков // Вопросы атомной науки и техники. — 2017. — № 6. — С. 24-27. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT gukis vyborparametrovanaliziruûŝegomagnitadlâtehnologičeskogouskoritelâélektronovlu10m AT kononenkosg vyborparametrovanaliziruûŝegomagnitadlâtehnologičeskogouskoritelâélektronovlu10m AT lâŝenkovn vyborparametrovanaliziruûŝegomagnitadlâtehnologičeskogouskoritelâélektronovlu10m AT mycykovao vyborparametrovanaliziruûŝegomagnitadlâtehnologičeskogouskoritelâélektronovlu10m
first_indexed	2025-07-10T00:47:53Z
last_indexed	2025-07-10T00:47:53Z
_version_	1837218896814276608
fulltext	ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №6(112) 24 УДК 621.384.6 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ АНАЛИЗИРУЮЩЕГО МАГНИТА ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УСКОРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОНОВ ЛУ-10М И.С. Гук, С.Г. Кононенко, В.Н. Лященко, А.О. Мыцыков Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина E-mail: guk@kipt.kharkov.ua Рассмотрены проблемы создания магнита с постоянным полем для измерения энергии и спектра элек- тронов на технологическом ускорителе электронов с энергией около 10 МэВ. Исследовано влияние пара- метров пучка электронов на распределение плотности частиц на выходе анализирующей системы. Проведе- но моделирование различных вариантов схемы и конструкции магнита. ВВЕДЕНИЕ Подавляющая часть технологических ускорите- лей электронов для радиационной обработки мате- риалов и изделий не оснащается системами измере- ния энергии. Это связано как с достаточно большой стоимостью электромагнитного оборудования, не- обходимого для проведения таких исследований, так и достаточно малым временем использования этого оборудования в ходе обычных облучательных про- грамм. Однако получение сертификата качества на ряд технологических процессов с использованием ускорителей может потребовать измерения средней энергии ускоренных электронов, а также контроля энергетического разброса электронов в пучке. С этой целью часто используются различные косвен- ные методы определения энергии (см., например, [1]). Однако информативность и точность определе- ния параметров пучка этими методами значительно ниже, чем с помощью магнитных систем. Появление магнитных материалов с высокими магнитными свойствами позволяет создавать компактные маг- нитные устройства [2, 3], которые могут быть ис- пользованы для анализа параметров пучка. Исполь- зование этих материалов при разработке анализи- рующего магнита для энергии около 10 МэВ позво- ляет создать достаточно простое устройство с ми- нимальной стоимостью и не требующее источника питания. 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ПУЧКА ЧЕРЕЗ МАГНИТ Линейный ускоритель ЛУ-10 [4] в ННЦ ХФТИ много лет используется для технологической радиа- ционной обработки материалов и изделий электрон- ным пучком с энергией около 10 МэВ. Предполага- емые параметры пучка этого ускорителя [5] после модернизации систем представлены в Таблице. С учетом этих параметров были рассмотрены ва- рианты вывода пучка из ускорителя на различные физические программы [6]. На всех каналах конеч- ным элементом является сканирующий магнит, предназначенный для развёртки пучка по вертикали. Как следует из размещения оборудования на прямом канале [6], анализирующий магнит может быть раз- мещён перед фланцем сканатора. Минимальное рас- стояние от центра магнита до устройств, фиксиру- ющих положение и профиль пучка, равно 0,8 м. Как следует из результатов работы [6], вертикальный зазор магнита в месте установки может быть рав- ным 25 мм, поскольку размеры пучка на выходе прямого канала не превышают 2 см. Наличие на вы- ходе ускорителя дублета квадрупольных линз поз- воляет существенно уменьшить размер пучка в ме- сте расположения анализирующего магнита. Основные параметры пучка ускорителя ЛУ-10 Ток пучка, А 0,389 Энергия в максимуме, МэВ 9,44 Энергетический спектр (99 % част.), % 51 Энергетический спектр на половине высоты, % 0,48 Диаметр (99 % част.), мм 6,8 Среднеквадратичный радиус, мм 1,5 Среднеквадратичный нормализованный эмиттанс, мммрад 13 Для оценки величины поля, которое может быть получено в магните, были использованы образцы постоянных магнитов, изготовленных из Sm2Co17- сплава. Размеры образцов  302412 мм. Магниты располагались в пространстве на расстоянии 25 мм. Максимальное значение поля, измеренное в меди- анной плоскости такого магнита, было близким к величине 0,3 Тл. Эта величина поля использовалась при моделировании движения пучка. Рассмотренные выше параметры были взяты за основу при моделировании движения пучка элек- тронов через анализирующий магнит. Моделирова- ние движения пучка проводилось методом трекинга электронов с помощью программы MAD X [7]. На Рис. 1 представлено распределение плотности прямого пучка за выходной фольгой сканатора. Рис. 1. Плотность прямого пучка, выведенного через фольгу Х, м Y , м ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №6(112) 25 На Рис. 2 представлено распределение плотности пучка для магнита с эффективной длиной 2,4 см без вывала поля. Энергия в максимуме в расчётах равна 10 МэВ. На Рис. 3 приведено распределения пучка для магнита с более реалистичным распределением поля: параметр FINT равен 0,5 (см. [7]). За фольгой центр распределения плотности пуч- ка (cм. Рис. 2 и 3) сместится относительно прямого пучка на 16,6 см. Рис. 2. Повёрнутый пучок для «идеального» поля Рис. 3. Распределение плотности пучка для варианта распределения поля с FINT=0,5 Существенное увеличение горизонтального раз- мера пучка вызвано изменением фокусирующих свойств магнита. На Рис. 4 представлено распределение пучка с теми же параметрами магнита, но с энергетическим разбросом в пучке, равным 0. Рис. 4. Распределение плотности пучка при нулевом энергетическом разбросе Распределение пучка для магнита с эффективной длиной 4,8 см представлено на Рис. 5. Распределение для того же магнита со значением FINT = 0,5, представлено на Рис. 6. Рис. 5. Распределение плотности пучка для «идеального» магнита с эффективной длиной, равной 4,8 см Рис. 6. Распределение плотности пучка, FINT =0.5 На Рис. 7 представлено распределение пучка при энергетическом разбросе, равном 0. Смещение центра пучка (см. Рис. 5 и 6) относи- тельно прямого пучка составляет для такого магнита 32,44 см. Эта величина больше полуширины выход- ной фольги. Поэтому при дальнейшем моделирова- нии мы ограничились использованием магнитов с размерами полюса 3024 мм. Рис. 7. Распределение плотности пучка при энергетическом разбросе, равном 0 Как видно из полученных распределений плот- ности пучка, по положению пучка за фольгой можно судить о величине энергии пучка и качественно оценить энергетический разброс в пучке. Энергети- ческий разброс в пучке на выходе ускорителя (см. Таблицу) приводит к существенному изменению плотности пучка за выходной фольгой ускорителя. Вопрос об определении величины энергетического разброса требует дополнительного исследования. Y , м Х, м Y , м Х, м Х, м Y , м Х, м Y , м Х, м Y , м Y , м Х, м ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №6(112) 26 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МАГНИТА В основу при моделировании была положена конструкция магнита броневого типа (Рис. 8). По- стоянные магниты предполагается изготовить из сплава Sm2Co17, имеющего достаточно большое зна- чение уровня намагниченности (Br при моделирова- нии 1,01 Tл). Этот сплав практически не изменяет магнитных свойств при облучении пучком электро- нов с энергией 10 МэВ и тормозным излучением такого пучка. Геометрические размеры магнитов – 302412 мм. Зазор между полюсами не менее 25 мм. Внешние размеры магнитопровода – 1007024 мм. Магнитопровод предполагается из- готовить из магнитомягкого сплава (CT3). Рис. 8. Модель магнита, использованная для расчёта распределения поля. Красным и синим цветом обозначены магниты из сплава Sm2Co17 Результат моделирования распределения маг- нитного поля в медианной плоскости магнита пред- ставлен на Рис. 9. Прежде всего, необходимо отметить, что рассчи- танная величина поля в максимуме близка к вели- чине поля, полученного нами при моделировании магнита без магнитопровода (см. также Рис. 10). Рис. 9. Распределение поля в медианной плоскости магнита Распределение поля в магните вдоль оси ускори- теля представлено на Рис. 10. Пространственное распределение поля в меди- анной плоскости магнита представлено на Рис. 11. Пучок влетает в магнит вдоль оси Y. Магнит поворачивает 10 МэВ пучок электронов на угол 0,3 рад. Эффективная длина магнита при этом будет равна 33,6 мм. Полевой интеграл 0,01 Тлм. Рис. 10. Распределение поля магнита вдоль оси ускорителя Рис. 11. Распределение величины поля магнита в медианной плоскости Конструкцию ярма магнита предполагается изго- товить разъёмной в медианной плоскости магнита. Это позволит легко монтировать и демонтировать магнит на выходном фланце ускорителя при проце- дуре измерения или подстройки энергии ускорите- ля. ВЫВОДЫ Полученные в результате моделирования движе- ния пучка электронов в анализирующем магните, установленном на выходе технологического ускори- теля ЛУЭ-10М, данные свидетельствуют о возмож- ности получения информации об энергии и энерге- тическом разбросе в пучке. Предлагаемые параметры анализирующего маг- нита с использованием постоянных магнитов из сплава Sm2Co17, позволяют реализовать устройство с малыми размерами. Выбранный материал не меняет магнитных свойств под действием облучения, характеристики поля стабильны во времени. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. V.T. Lazurik, V.M. Lazurik, G.F. Popov, Y.V. Rogov. Integration of computation methods in dosimetry of radiation processing // Problems of Atomic Science and Technology. Series “Nuclear Physics Investiga- tions”. 2008, № 3, p. 201-205. 2. А.М. Bovda I.S. Guk. A.N. Dovbnya, S.U. Kononenko, V.N. Lyashchenko, A.O. Mytsykov. Dipole magnet with a constant field for the accelerator “EPOS” // Problems of Atomic Sci- В, Тл ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №6(112) 27 ence and Technology. Series “Nuclear Physics In- vestigations”. 2015, № 6, p. 13-17. 3. David J. McLaughlin, Kenneth R. Hogstrom, Robert L. Carver, John P. Gibbons, Polad M. Shikhaliev, Kenneth L. Matthews II, Taylor Clarke, Alexander Henderson, and Edison P. Liang. Permanent-magnet energy spectrometer for electron beams from radio- therapy accelerators // Medical Physics. September 2015, v. 42, № 9, p. 5517-5529. 4. V.I. Beloglasov, A.I. Zykov, E.S. Zlunitsyn, G.D. Kramskoi, G.L. Fursov. An electron linac pro- ducing beam power up to 15 kW // Proceedings of the 1996 EPAC. 1996, v. 1, p. 798-800. 5. N.I. Ayzatsky, A.N. Dovbnya, et al. Accelerating system of the technological electron accelerator // Problems of Atomic Science and Technology. Series “Nuclear Physics Investigations”. 2012, № 4, p. 45- 49. 6. A. Dovbnya, I. Guk, S. Kononenko, A. Tarasenko. Beam transport system selection on the accelerator LU-10 // Problems of Atomic Science and Technolo- gy. Series “Nuclear Physics Investigations”. 2013, № 6, p. 57-61. 7. MAD  Methodical Accelerator Design; http://mad.home.cern.ch/mad. Статья поступила в редакцию 13.10.2017 CHOICE OF PARAMETERS OF THE ANALYZING MAGNET FOR TECHNOLOGICAL ELECTRON ACCELERATOR LU-10M I.S. Guk, S.G. Kononenko, V.N. Lyashchenko, A.O. Mytsykov The problems of creating a magnet with a constant field for measuring the energy and electron spectrum at a technological accelerator of electrons with an energy of about 10 MeV are considered. The effect of the electron beam parameters on the particle density distribution at the output of the analyzing system was studied. Provided modeling of various options for the circuit and the design of the magnet. ВИБІР ПАРАМЕТРІВ МАГНІТА ДЛЯ АНАЛІЗУ ПУЧКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРИСКОРЮВАЧА ЕЛЕКТРОНІВ ЛП-10М І.С. Гук, С.Г. Кононенко, В.М. Лященко, А.О. Мициков Розглянуто проблеми створення магніта з постійним полем для виміру енергії та спектра електронів на технологічному прискорювачі з енергією біля 10 МеВ. Вивчався вплив параметрів пучка електронів на роз- поділ щільності часток на виході аналізуючої системи. Проведено моделювання різних варіантів схеми та конструкції магніта. http://mad.home.cern.ch/mad

Выбор параметров анализирующего магнита для технологического ускорителя электронов ЛУ-10М

Репозитарії

Схожі ресурси