Система энергетической компрессии
На основе программ TRANSPORT, MADX выбран вариант системы энергетической компрессии (СЭК) ускорителя электронов с энергией до 130 МэВ и мощностью пучка до 100 кВт. СЭК состоит из четырех дипольных магнитов ускоряющей секции, трех квадрупольных линз и двух коллиматоров. Выбранная СЭК позволяет уменьш...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111487 |
| 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: | Система энергетической компрессии / А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, Г.Д. Пугачев, В.А. Шендрик, В.С. Шeстакова // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 5. — С. 46-48. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860262725784961024 |
|---|---|
| author | Довбня, А.Н. Кононенко, С.Г. Пугачев, Г.Д. Шендрик, В.А. Шeстакова, В.С. |
| author_facet | Довбня, А.Н. Кононенко, С.Г. Пугачев, Г.Д. Шендрик, В.А. Шeстакова, В.С. |
| citation_txt | Система энергетической компрессии / А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, Г.Д. Пугачев, В.А. Шендрик, В.С. Шeстакова // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 5. — С. 46-48. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | На основе программ TRANSPORT, MADX выбран вариант системы энергетической компрессии (СЭК) ускорителя электронов с энергией до 130 МэВ и мощностью пучка до 100 кВт. СЭК состоит из четырех дипольных магнитов ускоряющей секции, трех квадрупольных линз и двух коллиматоров. Выбранная СЭК позволяет уменьшить энергетический разброс до ~1.5%.Общие потери пучка в дипольных магнитах и коллиматорах составляют 8.67%. Для выбора материала коллиматоров проведены расчеты мощности эквивалентной дозы в зависимости от времени после выключения ускорителя.
На основі програм TRANSPORT, MADX вибрано варіант системи енергетичної компресії (СЕК) прискорювача електронів з енергією до 130 МеВ та потужністю пучка до 100 кВт. СЕК складається з чотирьох дипольних магнітів прискорюючої секції, трьох квадрупольних лінз та двох коліматорів. Вибрана СЕК дозволяє зменшити енергетичний розкид до ~1,5%. Загальні втрати пучка в дипольних магнітах та коліматорах складають 8,67%. Для вибору матеріалу коліматорів проведені розрахунки потужності еквівалентної дози в залежності від часу після вимикання прискорювача.
On the basis of programs TRANSPORT, MADX the variant of energy compression system (ECS) of electron accelerator with energy about 130 MeV and the beam power up to 100 kw is chosen. ECS includes four dipole magnets, the accelerating section, three quadrupole lenses and two collimators. The chosen ECS allows to reduce an energy spread up to ~1,5%. The total beam losses in dipole magnets and collimators make 8,67%. For the choice of collimator material the calculations of the equivalent dose power, in dependence of time after accelerator switch out, have been carried out.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:57:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.384.6
СИСТЕМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИИ
А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, Г.Д. Пугачев, В.А. Шендрик, В.С. Шeстакова
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
E-mail: ksg@kipt.kharkov.ua
На основе программ TRANSPORT, MADX выбран вариант системы энергетической компрессии (СЭК)
ускорителя электронов с энергией до 130 МэВ и мощностью пучка до 100 кВт. СЭК состоит из четырех ди-
польных магнитов ускоряющей секции, трех квадрупольных линз и двух коллиматоров. Выбранная СЭК
позволяет уменьшить энергетический разброс до ∼1.5%.Общие потери пучка в дипольных магнитах и кол-
лиматорах составляют 8.67%. Для выбора материала коллиматоров проведены расчеты мощности эквива-
лентной дозы в зависимости от времени после выключения ускорителя.
В ННЦ ХФТИ рассматривается возможность со-
здания подкритической сборки, управляемой им-
пульсным электронным ускорителем на энергию
85…130 МэВ, мощностью до 100 кВт в пучке, ча-
стота повторения импульсов 100…150 Гц, длитель-
ность импульса 3…16 мкс [1-3].
Расчетный энергетический разброс в пучке и за-
висимость отклонения энергии от фазы для пучка с
энергией 130 МэВ и мощностью 100 кВт показаны
на Рис.1,2.
Рис.1. Энергетический разброс на выходе ускорителя
Рис.2. Зависимость относительного отклонения
энергии электронов от фазы на выходе ускорителя
Как видно Рис.1 из-за наличия низкоэнергетич-
ного" хвоста" необходимо уменьшение энергетиче-
ского разброса в пучке. Аналитический расчет си-
стемы энергетической компрессии (СЭК) затрудни-
телен из за нестандартного распределения частиц в
сильноточном пучке. В связи с этим выбор системы
СЭК проводился с помощью программы MAD-X[4]
(расчет прохождения пучка в компенсирующей сек-
ции осуществляется в приближении нулевого тока).
Начальное распределение пучка состояло из 3393
частиц, которые пропускались через СЭК и на выхо-
де регистрировались потери частиц и энергия про-
шедших частиц. На Рис.3 показана схема системы
энергетической компрессии СЭК, где: М1-М4 – ди-
польный магниты; q1-3 – квадрупольные линзы; АС
– ускоряющая секция; К1, К2 – коллиматоры пучка;
1 – Траектория частицы с энергией 130 МэВ (угол
поворота в магнитах10°); 2 – Траектория частицы с
энергией 130 МэВ (угол поворота в магнитах 15°).
Расчет также проводился для угла поворота в
магнитах 22,5°.
Основные требование к СЭК: минимальные по-
тери пучка (при приемлемом энергетическом раз-
бросе на выходе СЭК, локализация потерь пучка на
коллиматорах К1, К2.
Рис.3. Схема системы энергетической компрессии
СЭК
На Рис.4-6 показаны зависимости ширины спек-
тра от потерь пучка при углах поворота 10°, 15° и
22.5° в магнитах М1-М4 системы СЭК от потерь
пучка (основные потери (90…95%) происходят на
коллиматоре К2). А – полная ширина спектра; В –
ширина спектра в которой содержится 95% частиц.
1 2 3 4 5 6 7
1
2
3
4
5
6
7
8
DN/N %
DE/E%
A
B
Рис.4. Зависимость ширины спектра от потерь
пучка при углe поворота 10° в магнитах
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.46-48.
46
mailto:ksg@kipt.kharkov.ua
3 4 5 6 7 8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
A
B
DE/E%
DN/N%
Рис.5. Зависимость ширины спектра от потерь
пучка при углe поворота 15°в магнитах
3 4 5 6 7 8
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
DE/E%
DN/N %
A
B
Рис.6. Зависимость ширины спектра от потерь
пучка при углe поворота 22.5°в магнитах
-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03
0
20
40
60
80
100
120
140
160 L=1.95m U=22.5Mv
DN/N=1.88%DE/E %
Count
N
Рис.7. Спектр пучка при угле поворота в магнитах
10° (потери пучка 1.88%)
-0,015 -0,010 -0,005 0,000 0,005
0
50
100
150
200
250
300
350
400
L=1.95m U=10Mv
DN/N=6.77%DE/E %
Count
N
Рис.8. Спектр пучка при угле поворота в магнитах
10° (потери пучка 6,77%)
-0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0,00 0,01 0,02
0
50
100
150
200
250
L=1.95m U=15Mv
DN/N=2.88%
Count
N
DE/E %
Рис.9. Спектр пучка при угле поворота в магнитах
15° (потери пучка 2,88%)
-0,015 -0,010 -0,005 0,000
0
50
100
150
200
250
300
350
L=1.95m U=9Mv
DE/E %
DN/N=7,57%
Count
N
Рис.10. Спектр пучка при угле поворота в магнитах
15° (потери пучка 7,57%)
На основе проведенных расчетов была выбрана
система СЭК с углами поворота в магнитах от 10°
до 15°, которая позволяет регулировать потери пуч-
ка в пределах 1.88…7.5%, спектр 4…1% (95% ча-
стиц). СЭК с углом поворота 22,5° дает меньший
диапазон потерь: 4…7,5%, спектр 4…1% (95% ча-
стиц). В Табл.1 приведены параметры системы СЭК
Таблица 1. Параметры системы СЭК
Средняя энергия пучка, МэВ 130
1 Поле в магнитах (кгс), при углах по-
ворота 10°и15°
2.59;
3,89
2 Длина дипольных магнитов, м 0.3
3 Горизонтальная апертура диполь-
ных магнитов М1, М2, см
15
4 Горизонтальная апертура диполь-
ных магнитов М3, М4, см
19
5 Вертикальная апертура дипольных
магнитов, см
2
6 Длина прямолинейных промежут-
ков между М1, М2 и М3, М4, м
0,6
7 Длина прямолинейного промежутка
между М2 и М3, м
1
8 Длина К1, м 0,3
9 Расстояние от орбиты до К1, см 8…8.5
10 Длина К2, м 0,5
11 Расстояние от орбиты до К2, см 0.6…4.8
12 Количество квадрупольных линз 3
13 Максимальный градиент поля в
квадрупольных линзах q1-q3, Т/м
1,6
14 Длина квадрупольных линз, м 0.1
15 Апертура квадрупольных линз, см 2
16 Максимальное значение диспер-
сионной функции (при угле поворо-
та 10°, 15°), м
0,157;
0,2275
17 Продольная дисперсия при углах
поворота 10°и 15°, град./процент
1,7;
3,4
18 Длина ускоряющей секции, м 2
19 Максимальная амплитуда ускоряю-
щего поля, МВ
15
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 5.
Series: Nuclear Physics Investigations (50), p.46-48.
47
Для выбора материалов поглощающих участков
коллиматоров были проведены расчеты радиацион-
ной обстановки, создаваемой подходящими для
конструкционных материалов облученными хими-
ческими элементами. Сравнительные характеристи-
ки некоторых параметров при взаимодействии элек-
тронного пучка мощностью 10 кВт и энергией
100 МэВ с различными материалами приведены в
Табл.2.
Зависимость экспозиционной дозы (в мкР/с), со-
здаваемой различными химическими элементами
коллиматора, от времени, после выключения пучка
на поверхности и на расстоянии 0,5 м от коллимато-
ра, приведена в Табл.3.
Таблица 2. Сравнительные характеристики
конструкционных материалов
Ядро
Пробег
электро-
нов
dЕион
(кВт) mKu ΔТо С/с
S=1 см2
С 16,3 6,937 0,81∙105 178
Al 11,85 5,57 5,15∙102 211
64Cu 2,79 1,237 0,92∙105 431
62Cu 2,79 2,754 2,05∙105 431
Н2O 32,5 6,749 3,5∙104 50,4
Таблица 3. Экспозиционные дозы (мкР/с)
Время (час) 0 1 3 5 10 120
12С
поверхность 1,35∙105 1,76∙104 2,98∙102 5,06 1,9∙10-4
0,5м 4,0∙103 5,2∙102 8,84 0,15 5,6∙10-6
24Na
поверхность 6,03∙102 5,72∙102 5,25∙102 4,79∙102 3,8∙102 2,36
0,5м 9,55 9,12 8,31 7,58 6,02 3,79∙10-2
64Cu
поверхность 2,7∙104 2,56∙104 2,3∙104 2,06∙104 1,57∙104 40,7
0,5м 1,05∙103 0,99∙103 0,89∙10-3 0,8∙103 0,61∙103 1,58
64Cu
поверхность 1,0∙105 1,42∙103 2,9∙10-3
0,5м 3,8∙103 54,6 1,1∙10-5
15O
поверхность 4,8∙104 4,8∙10-5
0,5м 1,4∙103
Из Табл.1 и 2 видно, что наиболее подходящим
материалом для поглощающих участков коллимато-
ра можно считать графит или алюминий.
ЛИТЕРАТУРА
1. F. Carminati, R. Klapisch, J.P. Revol, Ch. Roche,
J.A. Rubio, C. Rubbia. An Energy Amplifier for
Cleaner and Inexhaustible Nuclear energy Produc-
tion Driven by a Particle Beam Accelerator // Gene-
va: 1993. 72 c. (CERN/AT/93-47 (ET)).
2. Матеріали українсько-американського семінару
“Установка з підкритичною збіркою, керована
прискорювачем часток”. Ukraine-USA Meeting
“Accelerator Driven Sub-critical Assembly Facili-
ty”. Україна, Харків, 24-25 лютого 2005 / Під
ред. Довбні А. М. ННЦ ХФТІ, Харків, 2005,
с.246.
3. M. Ayzatskiy, A. Dovbnya, V. Mytrochenko. Phys-
ical study of power electron linac for neutron
source // Proc. of Ukraine-USA Meeting “Acceler-
ator Driven Sub-critical Assembly Facility”.
Kharkiv, Feb. 24-25, 2005, p.47-66.
4. W. Herr and F. Schmidt M. “A MAD_-X Primer“,
CERN-AB-2004-027-ABP
Статья поступила в редакцию 28.11.2007 г.
ENERGY COMPRESSION SYSTEM
A.N. Dovbnja, S.G. Kononеnko, G.D. Pugachev, V.A. Shendrik, V.S. Shestakova
On the basis of programs TRANSPORT, MADX the variant of energy compression system (ECS) of electron
accelerator with energy about 130 MeV and the beam power up to 100 kw is chosen. ECS includes four dipole mag-
nets, the accelerating section, three quadrupole lenses and two collimators. The chosen ECS allows to reduce an en-
ergy spread up to ~1,5%. The total beam losses in dipole magnets and collimators make 8,67%. For the choice of
collimator material the calculations of the equivalent dose power, in dependence of time after accelerator switch out,
have been carried out.
СИСТЕМА ЕНЕРГЕТИЧНОЇ КОМПРЕСІЇ
А.М. Довбня, С.Г. Кононенко, Г.Д. Пугачов, В.А. Шендрик, В.С. Шестакова
На основі програм TRANSPORT, MADX вибрано варіант системи енергетичної компресії (СЕК)
прискорювача електронів з енергією до 130 МеВ та потужністю пучка до 100 кВт. СЕК складається з
чотирьох дипольних магнітів прискорюючої секції, трьох квадрупольних лінз та двох коліматорів. Вибрана
СЕК дозволяє зменшити енергетичний розкид до ~1,5%. Загальні втрати пучка в дипольних магнітах та
коліматорах складають 8,67%. Для вибору матеріалу коліматорів проведені розрахунки потужності
еквівалентної дози в залежності від часу після вимикання прискорювача.
48
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111487 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:57:10Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Довбня, А.Н. Кононенко, С.Г. Пугачев, Г.Д. Шендрик, В.А. Шeстакова, В.С. 2017-01-10T13:15:17Z 2017-01-10T13:15:17Z 2008 Система энергетической компрессии / А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, Г.Д. Пугачев, В.А. Шендрик, В.С. Шeстакова // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 5. — С. 46-48. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111487 621.384.6 На основе программ TRANSPORT, MADX выбран вариант системы энергетической компрессии (СЭК) ускорителя электронов с энергией до 130 МэВ и мощностью пучка до 100 кВт. СЭК состоит из четырех дипольных магнитов ускоряющей секции, трех квадрупольных линз и двух коллиматоров. Выбранная СЭК позволяет уменьшить энергетический разброс до ~1.5%.Общие потери пучка в дипольных магнитах и коллиматорах составляют 8.67%. Для выбора материала коллиматоров проведены расчеты мощности эквивалентной дозы в зависимости от времени после выключения ускорителя. На основі програм TRANSPORT, MADX вибрано варіант системи енергетичної компресії (СЕК) прискорювача електронів з енергією до 130 МеВ та потужністю пучка до 100 кВт. СЕК складається з чотирьох дипольних магнітів прискорюючої секції, трьох квадрупольних лінз та двох коліматорів. Вибрана СЕК дозволяє зменшити енергетичний розкид до ~1,5%. Загальні втрати пучка в дипольних магнітах та коліматорах складають 8,67%. Для вибору матеріалу коліматорів проведені розрахунки потужності еквівалентної дози в залежності від часу після вимикання прискорювача. On the basis of programs TRANSPORT, MADX the variant of energy compression system (ECS) of electron accelerator with energy about 130 MeV and the beam power up to 100 kw is chosen. ECS includes four dipole magnets, the accelerating section, three quadrupole lenses and two collimators. The chosen ECS allows to reduce an energy spread up to ~1,5%. The total beam losses in dipole magnets and collimators make 8,67%. For the choice of collimator material the calculations of the equivalent dose power, in dependence of time after accelerator switch out, have been carried out. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и техника ускорителей Система энергетической компрессии Система енергетичної компресії Energy compression system Article published earlier |
| spellingShingle | Система энергетической компрессии Довбня, А.Н. Кононенко, С.Г. Пугачев, Г.Д. Шендрик, В.А. Шeстакова, В.С. Физика и техника ускорителей |
| title | Система энергетической компрессии |
| title_alt | Система енергетичної компресії Energy compression system |
| title_full | Система энергетической компрессии |
| title_fullStr | Система энергетической компрессии |
| title_full_unstemmed | Система энергетической компрессии |
| title_short | Система энергетической компрессии |
| title_sort | система энергетической компрессии |
| topic | Физика и техника ускорителей |
| topic_facet | Физика и техника ускорителей |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111487 |
| work_keys_str_mv | AT dovbnâan sistemaénergetičeskoikompressii AT kononenkosg sistemaénergetičeskoikompressii AT pugačevgd sistemaénergetičeskoikompressii AT šendrikva sistemaénergetičeskoikompressii AT šestakovavs sistemaénergetičeskoikompressii AT dovbnâan sistemaenergetičnoíkompresíí AT kononenkosg sistemaenergetičnoíkompresíí AT pugačevgd sistemaenergetičnoíkompresíí AT šendrikva sistemaenergetičnoíkompresíí AT šestakovavs sistemaenergetičnoíkompresíí AT dovbnâan energycompressionsystem AT kononenkosg energycompressionsystem AT pugačevgd energycompressionsystem AT šendrikva energycompressionsystem AT šestakovavs energycompressionsystem |