Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН
Предполагаемое использование пучка ионов H⁻ для целей протонной терапии накладывает жесткие требования на стабильность и эмиттанс пучка на входе в линейный ускоритель. В качестве источника ионов H⁻ для ЛУ ИЯИ РАН используется поверхностно-плазменный источник с пеннинговской геометрией разрядной каме...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108666 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН / С.Е. Брагин, О.М. Володкевич, В.А. Гайдаш, Ю.В. Киселев, В.С. Кленов, А.Н. Мирзоян, А.В. Фещенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 58-62. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-108666 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Брагин, С.Е. Володкевич, О.М. Гайдаш, В.А. Киселев, Ю.В. Кленов, В.С. Мирзоян, А.Н. Фещенко, А.В. 2016-11-13T15:42:32Z 2016-11-13T15:42:32Z 2012 Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН / С.Е. Брагин, О.М. Володкевич, В.А. Гайдаш, Ю.В. Киселев, В.С. Кленов, А.Н. Мирзоян, А.В. Фещенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 58-62. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108666 621.384.6 Предполагаемое использование пучка ионов H⁻ для целей протонной терапии накладывает жесткие требования на стабильность и эмиттанс пучка на входе в линейный ускоритель. В качестве источника ионов H⁻ для ЛУ ИЯИ РАН используется поверхностно-плазменный источник с пеннинговской геометрией разрядной камеры. В наиболее стабильном режиме источника ионов интенсивность пучка H⁻ на выходе инжектора составляет около 10 мА, что вполне удовлетворяет требованиям протонной терапии. Энергия инжекции в канал транспортировки при этом равна 400 кэВ. Поскольку предыдущие измерения эмиттанса пучка ионов H⁻ проводились для режимов с максимальной интенсивностью пучка 50…80 мА и энергией пучка не более 20 кэВ, представляет интерес измерение эмиттанса в режиме с наибольшей стабильностью параметров и энергией инжекции 400 кэВ. На канале инжекции ионов H⁻ проведены измерения эмиттанса. Обсуждаются результаты проведенных измерений. Expected application of H⁻ beams for proton therapy leads to serious requirements on the beam stability and emittance at linac entrance. Surface-plasma source with Penning geometry discharge chamber is used at H⁻ injector of INR Linac. In the most stable operation mode of H⁻ injector source the beam intensity at injector exit is about 10 mA. This is quite satisfactory for proton therapy requirements. H⁻ beam is injected into the transportation channel with the energy of 400 keV. The previous measurements of H⁻ beam emittance were carried out for maximum 50…80 mA beam intensity and for up to 20 keV beam energy so it is important to measure the emittance for operation mode with the most stable beam parameters and 400 keV beam energy. H⁻ beam emittance was measured in beam transportation channel. The results of measurements are discussed. Передбачуване використання пучка іонів H⁻ для цілей протонної терапії накладає жорсткі вимоги на стабільність і еміттанс пучка на вході в лінійний прискорювач. Як джерело іонів H⁻ для ЛП ІЯД РАН використовується поверхнево-плазмове джерело з пеннінговською геометрією розрядної камери. У найбільш стабільному режимі джерела іонів інтенсивність пучка H⁻ на виході інжектора становить близько 10 мА, що цілком задовольняє вимогам протонної терапії. Енергія інжекції в канал транспортування при цьому дорівнює 400 кеВ. Оскільки попередні вимірювання еміттанса пучка іонів H⁻ проводилися для режимів з максимальною інтенсивністю пучка 50...80 мА і енергією пучка не більше 20 кеВ, представляє інтерес вимір еміттанса в режимі з найбільшою стабільністю параметрів і енергією інжекції 400 кеВ. На каналі інжекції іонів H⁻ проведені вимірювання еміттанса. Обговорюються результати проведених вимірювань. Данная работа выполнена при финансовой под- держке Министерства образования и науки Россий- ской Федерации, контракт № 16.518.11.7037 ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Элементы ускорителей Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН H⁻ beam emittance measurements in trasportation channel of IHR Linac Вимірювання еміттанса пучка на каналі інжекції іонів H⁻ лінійного прискорювача ІЯД РАН Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН |
| spellingShingle |
Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН Брагин, С.Е. Володкевич, О.М. Гайдаш, В.А. Киселев, Ю.В. Кленов, В.С. Мирзоян, А.Н. Фещенко, А.В. Элементы ускорителей |
| title_short |
Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН |
| title_full |
Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН |
| title_fullStr |
Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН |
| title_full_unstemmed |
Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН |
| title_sort |
измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов h⁻ линейного ускорителя ияи ран |
| author |
Брагин, С.Е. Володкевич, О.М. Гайдаш, В.А. Киселев, Ю.В. Кленов, В.С. Мирзоян, А.Н. Фещенко, А.В. |
| author_facet |
Брагин, С.Е. Володкевич, О.М. Гайдаш, В.А. Киселев, Ю.В. Кленов, В.С. Мирзоян, А.Н. Фещенко, А.В. |
| topic |
Элементы ускорителей |
| topic_facet |
Элементы ускорителей |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
H⁻ beam emittance measurements in trasportation channel of IHR Linac Вимірювання еміттанса пучка на каналі інжекції іонів H⁻ лінійного прискорювача ІЯД РАН |
| description |
Предполагаемое использование пучка ионов H⁻ для целей протонной терапии накладывает жесткие требования на стабильность и эмиттанс пучка на входе в линейный ускоритель. В качестве источника ионов H⁻ для ЛУ ИЯИ РАН используется поверхностно-плазменный источник с пеннинговской геометрией разрядной камеры. В наиболее стабильном режиме источника ионов интенсивность пучка H⁻ на выходе инжектора составляет около 10 мА, что вполне удовлетворяет требованиям протонной терапии. Энергия инжекции в канал транспортировки при этом равна 400 кэВ. Поскольку предыдущие измерения эмиттанса пучка ионов H⁻ проводились для режимов с максимальной интенсивностью пучка 50…80 мА и энергией пучка не более 20 кэВ, представляет интерес измерение эмиттанса в режиме с наибольшей стабильностью параметров и энергией инжекции 400 кэВ. На канале инжекции ионов H⁻ проведены измерения эмиттанса. Обсуждаются результаты проведенных измерений.
Expected application of H⁻ beams for proton therapy leads to serious requirements on the beam stability and emittance at linac entrance. Surface-plasma source with Penning geometry discharge chamber is used at H⁻ injector of INR Linac. In the most stable operation mode of H⁻ injector source the beam intensity at injector exit is about 10 mA. This is quite satisfactory for proton therapy requirements. H⁻ beam is injected into the transportation channel with the energy of 400 keV. The previous measurements of H⁻ beam emittance were carried out for maximum 50…80 mA beam intensity and for up to 20 keV beam energy so it is important to measure the emittance for operation mode with the most stable beam parameters and 400 keV beam energy. H⁻ beam emittance was measured in beam transportation channel. The results of measurements are discussed.
Передбачуване використання пучка іонів H⁻ для цілей протонної терапії накладає жорсткі вимоги на стабільність і еміттанс пучка на вході в лінійний прискорювач. Як джерело іонів H⁻ для ЛП ІЯД РАН використовується поверхнево-плазмове джерело з пеннінговською геометрією розрядної камери. У найбільш стабільному режимі джерела іонів інтенсивність пучка H⁻ на виході інжектора становить близько 10 мА, що цілком задовольняє вимогам протонної терапії. Енергія інжекції в канал транспортування при цьому дорівнює 400 кеВ. Оскільки попередні вимірювання еміттанса пучка іонів H⁻ проводилися для режимів з максимальною інтенсивністю пучка 50...80 мА і енергією пучка не більше 20 кеВ, представляє інтерес вимір еміттанса в режимі з найбільшою стабільністю параметрів і енергією інжекції 400 кеВ. На каналі інжекції іонів H⁻ проведені вимірювання еміттанса. Обговорюються результати проведених вимірювань.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/108666 |
| citation_txt |
Измерения эмиттанса пучка на канале инжекции ионов H⁻ линейного ускорителя ИЯИ РАН / С.Е. Брагин, О.М. Володкевич, В.А. Гайдаш, Ю.В. Киселев, В.С. Кленов, А.Н. Мирзоян, А.В. Фещенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 58-62. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT braginse izmereniâémittansapučkanakanaleinžekciiionovhlineinogouskoritelâiâiran AT volodkevičom izmereniâémittansapučkanakanaleinžekciiionovhlineinogouskoritelâiâiran AT gaidašva izmereniâémittansapučkanakanaleinžekciiionovhlineinogouskoritelâiâiran AT kiselevûv izmereniâémittansapučkanakanaleinžekciiionovhlineinogouskoritelâiâiran AT klenovvs izmereniâémittansapučkanakanaleinžekciiionovhlineinogouskoritelâiâiran AT mirzoânan izmereniâémittansapučkanakanaleinžekciiionovhlineinogouskoritelâiâiran AT feŝenkoav izmereniâémittansapučkanakanaleinžekciiionovhlineinogouskoritelâiâiran AT braginse hbeamemittancemeasurementsintrasportationchannelofihrlinac AT volodkevičom hbeamemittancemeasurementsintrasportationchannelofihrlinac AT gaidašva hbeamemittancemeasurementsintrasportationchannelofihrlinac AT kiselevûv hbeamemittancemeasurementsintrasportationchannelofihrlinac AT klenovvs hbeamemittancemeasurementsintrasportationchannelofihrlinac AT mirzoânan hbeamemittancemeasurementsintrasportationchannelofihrlinac AT feŝenkoav hbeamemittancemeasurementsintrasportationchannelofihrlinac AT braginse vimírûvannâemíttansapučkanakanalíínžekcíííonívhlíníinogopriskorûvačaíâdran AT volodkevičom vimírûvannâemíttansapučkanakanalíínžekcíííonívhlíníinogopriskorûvačaíâdran AT gaidašva vimírûvannâemíttansapučkanakanalíínžekcíííonívhlíníinogopriskorûvačaíâdran AT kiselevûv vimírûvannâemíttansapučkanakanalíínžekcíííonívhlíníinogopriskorûvačaíâdran AT klenovvs vimírûvannâemíttansapučkanakanalíínžekcíííonívhlíníinogopriskorûvačaíâdran AT mirzoânan vimírûvannâemíttansapučkanakanalíínžekcíííonívhlíníinogopriskorûvačaíâdran AT feŝenkoav vimírûvannâemíttansapučkanakanalíínžekcíííonívhlíníinogopriskorûvačaíâdran |
| first_indexed |
2025-11-27T04:15:30Z |
| last_indexed |
2025-11-27T04:15:30Z |
| _version_ |
1850799504991715328 |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 58
УДК 621.384.6
ИЗМЕРЕНИЯ ЭМИТТАНСА ПУЧКА НА КАНАЛЕ ИНЖЕКЦИИ
ИОНОВ H− ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ ИЯИ РАН
С.Е. Брагин, О.М. Володкевич, В.А. Гайдаш, Ю.В. Киселев, В.С. Кленов,
А.Н. Мирзоян, А.В. Фещенко
Институт ядерных исследований РАН, Москва, Россия
E-mail: bragin@inr.ru
Предполагаемое использование пучка ионов H− для целей протонной терапии накладывает жесткие тре-
бования на стабильность и эмиттанс пучка на входе в линейный ускоритель. В качестве источника ионов H−
для ЛУ ИЯИ РАН используется поверхностно-плазменный источник с пеннинговской геометрией разрядной
камеры. В наиболее стабильном режиме источника ионов интенсивность пучка H− на выходе инжектора со-
ставляет около 10 мА, что вполне удовлетворяет требованиям протонной терапии. Энергия инжекции в ка-
нал транспортировки при этом равна 400 кэВ. Поскольку предыдущие измерения эмиттанса пучка ионов H−
проводились для режимов с максимальной интенсивностью пучка 50…80 мА и энергией пучка не более
20 кэВ, представляет интерес измерение эмиттанса в режиме с наибольшей стабильностью параметров и
энергией инжекции 400 кэВ. На канале инжекции ионов H− проведены измерения эмиттанса. Обсуждаются
результаты проведенных измерений.
1. ВВЕДЕНИЕ
В качестве источника ионов H− для ЛУ ИЯИ
РАН используется поверхностно-плазменный ис-
точник с пеннинговской геометрией разрядной ка-
меры [1, 2]. Из газоразрядной камеры отрицательные
ионы извлекаются через эмиссионную щель разме-
ром 0,6×15 мм, ориентированную большим размером
поперек магнитного поля источника. Вытягивающее
ионы напряжение c типичной амплитудой около
15 кВ прикладывается между корпусом источника и
вытягивающими электродами. После прохождения
вытягивающего промежутка длиной 2 мм ленточ-
ный пучок ионов входит в 90° секторный поворот-
ный магнит с радиусом равновесной орбиты 7 см и
показателем спада поля n~1. Основные задачи пово-
ротного магнита: преобразование сильно расходя-
щегося вдоль магнитного поля ленточного пучка в
слабо расходящийся квазисимметричный пучок, а
также сепарация ионов H− от потока сопутствующих
электронов. В наиболее стабильном режиме источни-
ка ионов, что существенно для целей протонной те-
рапии, интенсивность пучка на входе в канал транс-
портировки составляет около 10 мА.
Физический пуск инжектора и канала инжекции
был проведен в декабре 2006 года при энергии ио-
нов на выходе инжектора 400 кэВ и частоте повто-
рения импульсов пучка 10 Гц [3]. Для перехода на
частоту повторения импульсов пучка 50 Гц на ин-
жекторе за прошедший после физического пуска
период был разработан и реализован проект диффе-
ренциальной откачки. На канале инжекции в этот же
период были завершены испытания системы запи-
рания пучка и формирования его временной струк-
туры, создание системы автоматизированного изме-
рения параметров пучка и обработки полученных
результатов. По завершении этих работ проведена
предварительная настройка канала инжекции на
максимум токопрохождения до входа в малоапер-
турный бустерный резонатор (RFQ) при частоте
повторения импульсов пучка на выходе инжектора
50 Гц и токе 10 мА.
Проведены измерения эмиттанса вдоль канала
для оценки качества пучка, анализа причин потерь
частиц, а также разработки алгоритма последующей
настройки канала для снижения этих потерь и обес-
печения согласования пучка с RFQ.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ ПУЧКА НА КАНАЛЕ
ИНЖЕКЦИИ
На Рис.1 представлено расположение датчиков
тока пучка и измерителей эмиттанса на канале ин-
жекции. По завершении предварительной настройки
канала инжекции ток пучка на выходе инжектора
равен 10 мА (ИДТ 1-1), на втором участке канала
(между поворотными магнитами) − снижается с 6
(ИДТ 2-1) до 4 мА (ИДТ 2-2 и ИДТ 2-3), на входе в
RFQ составляет также 4 мА (ИДТ 3-1). В предполо-
жении, что потери интенсивности на участке канала
инжекции между ИДТ 1-1 и 2-1, а также между
ИДТ 2-1 и 2-2 обусловлены заметным смещением
центра тяжести пучка на выходе инжектора, была
проведена регулировка положения пучка одним из
двух корректирующих магнитов, расположенных на
выходе инжектора, однако, оперативно добиться
повышения интенсивности пучка не удалось.
После реализации предварительной процедуры
настройки канала инжекции были проведены изме-
рения эмиттанса пучка. В канале инжекции уста-
новлены 3 измерителя эмиттанса типа щель − мно-
гопроволочный коллектор, расположенные в начале
первого участка канала инжекции, а также в начале
и в конце второго участка канала. Для того, чтобы
обеспечить дрейф пучка между щелью и коллекто-
ром при измерениях эмиттанса, задаются нулевые
значения градиентов полей в соответствующих
квадрупольных линзах. Из-за тепловой нагрузки
измерения эмиттанса можно проводить только в
режиме частоты следования импульсов пучка 1 Гц.
На данном этапе работы проводить измерения
эмиттанса на ИЭ 1-1 в таком режиме не представля-
ется возможным по следующим причинам. Пара-
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 59
метры пучка, формируемые в поверхностно-
плазменных источниках с пеннинговской геометри-
ей разрядной камеры при частотах следования им-
пульсов пучка соответственно 1 и 50 Гц не эквива-
лентны и существенно различаются. А обеспечение
режима, в котором источник работает с частотой
следования импульсов пучка 50 Гц, а высоковольт-
ные импульсы (для ускорения пучка до энергии ин-
жекции 400 кэВ) формируются с частотой 1 Гц, на-
ходится в стадии реализации.
Для измерителей же эмиттанса, расположенных
на втором участке канала, эта проблема не является
актуальной, так как Дефлектор позволяет прорежи-
вать частоту следования импульсов пучка до 1 Гц.
Эти измерения важны для анализа причин потерь
частиц на канале, сравнения полученных результа-
тов, а также для разработки алгоритма последующей
настройки канала как для снижения потерь частиц в
канале, так и для обеспечения согласования пучка с
RFQ.
Рис.1. Схема расположения датчиков тока пучка и измерителей эмиттанса на канале инжекции:
КД – квадрупольные дублеты; КТ – квадрупольные триплеты; ПМ – поворотные магниты;
Кор – корректирующие магниты; Сол – соленоид; ИДТ – индукционные датчики;
ИЭ – измерители эмиттанса
Рис.2. Характерные результаты измерения эмиттанса
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 60
3. АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ
На Рис.2 представлены характерные результаты
измерения эмиттанса. Поперечный эмиттанс пучка
определяется в двух плоскостях − XX’ и YY’. Ис-
ходными данными для обработки эмиттанса явля-
ются двумерные распределения интенсивности пуч-
ка по координате и углу.
Для каждой плоскости XX’ и YY’:
– Строится диаграмма интенсивности пучка по
уровням, определяемым выбранными значениями. В
пошаговом режиме определяется уровень отсечки
(Total Threshold level), позволяющий обнулить фо-
новую интенсивность вне пучка.
– Для большей наглядности представления ре-
зультатов в дополнение к диаграмме интенсивности
пучка строится 3-мерная поверхность распределе-
ния интенсивности (Beam Intensity Distribution) с
ее проекциями.
– Вычисляются первые и вторые моменты рас-
пределения интенсивности по координате и углу,
определяются линейные и угловые смещения центра
тяжести пучка по обеим координатам, величина
среднеквадратического эмиттанса пучка, его пара-
метры.
– Для каждой точки распределения по координа-
те суммируются соответствующие величины рас-
пределения интенсивности по углу, что позволяет
получить профиль пучка и его среднеквадратиче-
ский размер.
– Строится зависимость величины эмиттанса
пучка от доли тока для полученного распределения
частиц на фазовой плоскости.
4. СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИЗМЕРЕНИЯ И РАСЧЕТОВ
ОГИБАЮЩЕЙ ПУЧКА НА КАНАЛЕ
ИНЖЕКЦИИ
На Рис.3 и 4 представлены фазовые портреты
пучка, а также среднеквадратические (εскр) и учетве-
ренные среднеквадратические (4·εскр) эмиттансы
пучка, полученные при обработке результатов изме-
рения на ИЭ 2-1 и 2-2. Видно, что если на ИЭ 2-1 и
2-2 в плоскости YY’ смещение центра тяжести пуч-
ка от оси небольшое и составляет соответственно
0,5…3,0 мм и 0,5…2,5 мрад, то в плоскости XX’ это
отклонение весьма значительное – 7…10 мм и
4…11 мрад, что приводит к заметным потерям ин-
тенсивности пучка вдоль канала инжекции. Следо-
вательно, необходима реализация процедуры кор-
рекции положения пучка.
На канале транспортировки расположены две
пары корректоров (кор.1-2 и кор.3-4), каждый из
которых может изменять положение пучка в обеих
плоскостях (XX’ и YY’). Возможность проведения
измерений эмиттанса на ИЭ 1-1 позволит реализо-
вать алгоритм коррекции центра тяжести пучка [4]
на выходе инжектора корректорами кор.1-2. Кор-
ректоры кор.3-4, расположенные на втором участке
канала инжекции, позволяют провести, при необхо-
димости, по результатам измерения эмиттанса на
ИЭ 2-2 аналогичную коррекцию центра тяжести
пучка уже достаточно близко к выходу канала. Вы-
полнять процедуру коррекции положения пучка не-
обходимо последовательно − вначале на выходе ин-
жектора, а затем на втором участке канала.
Рис.3. Фазовые портреты пучка, фазовые эллипсы
εскр., 4·εскр. по результатам измерения эмиттанса
на ИЭ 2-1
Рис.4. Фазовые портреты пучка, фазовые эллипсы
εскр., 4·εскр. по результатам измерения эмиттанса
на ИЭ 2-2
Таблица 1
Среднеквадратические значения эмиттанса
на ИЭ 2-1 и 2-2
εскр, π·см·мрад Измеритель
εх εy
ИЭ 2-1 0,79 0,81
ИЭ 2-2 0,88 0,84
На Рис.5 представлен расчет огибающей пучка
до ИЭ 2-2 по результатам измерения эмиттанса на
ИЭ 2-1 для тех градиентов поля, которые были
получены в линзах в результате настройки канала
инжекции. Расчеты проводились для эмиттанса
εх,у= 4·εскр., в котором содержится примерно 90 %
частиц. Численные значения εскр. представлены в
Табл.1. Сравнение параметров пучка на ИЭ 2-2, по-
лученных расчетом огибающей от ИЭ 2-1 и измере-
ниями на ИЭ 2-2, представлено в Табл.2. Результаты
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 61
различаются особенно значительно в плоскости
XX’. Это различие обусловлено как погрешностями
измерения магнитных характеристик фокусирую-
щих элементов канала, так и погрешностями метода
измерения эмиттанса и модели расчета.
Рис.5. Огибающая пучка от ИЭ 2-1 до ИЭ 2-2
по результатам измерения на ИЭ 2-1,
εх,у=3,2 π·см·мрад
Таблица 2
Расчетные и измеренные параметры пучка
на ИЭ 2-2, εх,у= 3,2 π·см·мрад
Параметры пучка
на ИЭ 2-2 Наименование режима
αх βx αу βу
Расчет от ИЭ 2-1 до
ИЭ 2-2
-1,66 0,068 -2,11 0,099
Измерение на ИЭ 2-2 0,19 0,114 -2,13 0,085
Рис.6. Огибающая пучка оптимизирующего расчета
от ИЭ 2-2 до RFQ по результатам измерения на
ИЭ 2-2, εх,у=3,2 π·см·мрад
Таблица 3
Расчетные и согласованные параметры пучка на
входе в RFQ, εх,у=3,2 π·см·мрад
Параметры пучка
на входе в RFQ Наименование режима
αх βх αу βу
Оптимизирующий расчет
по измерениям на ИЭ 2-2
0,92 0,019 0,99 0,025
Согласованные парамет-
ры пучка на входе в RFQ
1,42 0,025 1,42 0,025
Оптимизирующий расчет огибающей пучка от
ИЭ 2-2 до входа в RFQ по результатам измерения на
ИЭ 2-1 представлен на Рис.6. Сравнение параметров
пучка, полученных оптимизирующим расчетом, с
согласованными параметрами пучка на входе в RFQ
приведено в Табл.3. Результаты оптимизирующего
расчета, хотя и достаточно близки к согласованным,
но несколько отличаются от них. Неполное согласо-
вание обусловлено тем, что при 4-х необходимых
для оптимизации независимых параметрах регули-
ровки в нашем распоряжении имеются только 3 по-
ля в двух квадрупольных линзах и в соленоиде. Для
достижения прецизионного согласования необходи-
ма коррекция значений полей фокусирующих эле-
ментов, расположенных непосредственно перед из-
мерителем эмиттанса ИЭ 2-2.
В результате проведенных исследований напра-
шиваются выводы общего характера. На длинных
каналах инжекции необходимо иметь не один, а не-
сколько измерителей эмиттанса, причем, последний
по ходу пучка измеритель должен быть расположен,
по возможности, как можно ближе к выходу канала
инжекции с тем, чтобы минимизировать отклонение
параметров пучка от согласованных. В процессе
настройки канала по результатам измерения пара-
метров пучка на каждом по ходу пучка измерителе
необходимо последовательно проводить расчет со-
гласованного режима, изменение значений магнит-
ных полей фокусирующих элементов канала в соот-
ветствии с этими расчетами. При необходимости
проводится коррекция значений полей фокусирую-
щих элементов, расположенных до соответствую-
щего измерителя, для улучшения условий прохож-
дения пучка по каналу и обеспечения согласован-
ных с RFQ параметров пучка. Кроме того, значи-
тельное отклонение центра тяжести пучка на канале,
которое приводит к заметным потерям частиц, тре-
бует реализации процедуры коррекции положения
пучка. В первую очередь, такая коррекция необхо-
дима на входе в канал инжекции, и, при необходи-
мости, на выходе канала. Очевидно, что настройка
согласованного режима при малом уровне потерь
частиц вдоль канала представляет собой достаточно
длительную и трудоемкую процедуру.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На канале инжекции ионов H− проведена на-
стройка на максимум токопрохождения частиц по
каналу до входа в малоапертурный бустерный резо-
натор RFQ. Проведены измерения эмиттанса вдоль
канала двумя измерителями, сравнение и анализ
полученных результатов. Предложен алгоритм на-
стройки канала для обеспечения согласования пучка
с RFQ. Проведен предварительный анализ причин
потерь частиц на канале, связанных, на наш взгляд,
с существенным отклонением центра тяжести пучка
от оси канала в плоскости XX’. Отмечена важность
разработки и реализации на канале инжекции про-
цедуры коррекции центра тяжести, которая позво-
лила бы существенно снизить потери частиц.
Данная работа выполнена при финансовой под-
держке Министерства образования и науки Россий-
ской Федерации, контракт № 16.518.11.7037
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. В.Г. Дудников. Поверхностно-плазменный ис-
точник отрицательных ионов с пеннинговской
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 62
геометрией // Труды IV Всесоюзного совещания
по ускорителям заряженных частиц, Дубна,
1975, т.1, с.323.
2. Г.Е. Деревянкин, В.Г. Дудников, В.С. Кленов. Об
ионно-оптических характеристиках пучков ионов
Н−, генерируемых поверхностно-плазменными
источниками // ЖТФ. 1978, т.48, в.2, с.404.
3. В.А. Гайдаш, Ю.Н. Готовцев, О.В. Грехов,
В.В. Кузнецов, В.Н. Михайлов, В.Л. Серов,
А.В. Фещенко, А.Н. Мирзоян. Канал инжекции
ионов Н− линейного ускорителя ИЯИ РАН // Во-
просы атомной науки и техники. Серия «Ядерно-
физические исследования» (49). 2008, №3, с.119-
122.
4. S.E. Bragin, A.V. Feschenko, O.V. Grekhov,
N.F. Lebedeva, V.N. Mikhailov, A.N. Mirzojan,
V.A. Moiseev, O.M. Volodkevich. Transverse Beam
Matching and Correction Procedures in INR Linac //
Proceedings of LINAC 2006. Knoxville, Tennessee,
USA, p.435-437.
Статья поступила в редакцию 23.09.2011 г.
H− BEAM EMITTANCE MEASUREMENTS IN TRASPORTATION CHANNEL OF INR LINAC
S.Е. Bragin, O.M. Volodkevich, V.A. Gaidash, Yu.V. Kiselev, V.S. Klenov, A.N. Mirzojan, A.V. Feschenko
Expected application of H− beams for proton therapy leads to serious requirements on the beam stability and
emittance at linac entrance. Surface-plasma source with Penning geometry discharge chamber is used at H− injector
of INR Linac. In the most stable operation mode of H− injector source the beam intensity at injector exit is about
10 mA. This is quite satisfactory for proton therapy requirements. H− beam is injected into the transportation chan-
nel with the energy of 400 keV. The previous measurements of H− beam emittance were carried out for maximum
50…80 mA beam intensity and for up to 20 keV beam energy so it is important to measure the emittance for opera-
tion mode with the most stable beam parameters and 400 keV beam energy. H− beam emittance was measured in
beam transportation channel. The results of measurements are discussed.
ВИМІРЮВАННЯ ЕМІТТАНСА ПУЧКА НА КАНАЛІ ІНЖЕКЦІЇ ІОНІВ H− ЛІНІЙНОГО
ПРИСКОРЮВАЧА ІЯД РАН
С.Є. Брагін, О.М. Володкевич, В.А. Гайдаш, Ю.В. Кисельов, В.С. Кльонов, А.Н. Мірзоян, А.В. Фещенко
Передбачуване використання пучка іонів H− для цілей протонної терапії накладає жорсткі вимоги на ста-
більність і еміттанс пучка на вході в лінійний прискорювач. Як джерело іонів H− для ЛП ІЯД РАН викорис-
товується поверхнево-плазмове джерело з пеннінговською геометрією розрядної камери. У найбільш стабі-
льному режимі джерела іонів інтенсивність пучка H− на виході інжектора становить близько 10 мА, що ціл-
ком задовольняє вимогам протонної терапії. Енергія інжекції в канал транспортування при цьому дорівнює
400 кеВ. Оскільки попередні вимірювання еміттанса пучка іонів H− проводилися для режимів з максималь-
ною інтенсивністю пучка 50...80 мА і енергією пучка не більше 20 кеВ, представляє інтерес вимір еміттанса
в режимі з найбільшою стабільністю параметрів і енергією інжекції 400 кеВ. На каналі інжекції іонів H− про-
ведені вимірювання еміттанса. Обговорюються результати проведених вимірювань.
|