Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD
В рамках проекта NICA-MPD, разрабатываемого в ОИЯИ, проведены расчеты двух вариантов канала перевода пучка ионов золота от источника ESIS в начальную часть линейного ускорителя с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (RFQ). Приведены характеристики варианта канала, выбранного для про...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17019 |
| 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: | Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD / В.С. Александров, В.А. Михайлов, В.А. Мончинский, В.Ф. Шевцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 76-79. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859614706852954112 |
|---|---|
| author | Александров, В.С. Михайлов, В.А. Мончинский, В.А. Шевцов, В.Ф. |
| author_facet | Александров, В.С. Михайлов, В.А. Мончинский, В.А. Шевцов, В.Ф. |
| citation_txt | Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD / В.С. Александров, В.А. Михайлов, В.А. Мончинский, В.Ф. Шевцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 76-79. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | В рамках проекта NICA-MPD, разрабатываемого в ОИЯИ, проведены расчеты двух вариантов канала перевода пучка ионов золота от источника ESIS в начальную часть линейного ускорителя с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (RFQ). Приведены характеристики варианта канала, выбранного для проекта NICA, и результаты численного моделирования динамики пучка.
У рамках проекту NІCA-MPD, розроблювального в ОІЯД, проведені розрахунки двох варіантів каналу переводу пучка іонів золота від джерела ESІS у початкову частину лінійного прискорювача із просторово-однорідним квадрупольним фокусуванням (RFQ). Наведено характеристики варіанта каналу, обраного для проекту NІCA, і результати чисельного моделювання динаміки пучка.
Within the frames of NICA-MPD project developed at JINR, calculations of two variants of the channel of transfer of a gold ion beam from ESIS source to an RFQ type initial part of the linear accelerator are carried out. Characteristics of a variant of the channel chosen for project NICA, and results of numerical simulation of beam dynamics are given.
|
| first_indexed | 2025-11-28T17:45:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.384.6
КАНАЛ ТРАНСПОРТИРОВКИ ИОНОВ НИЗКОЙ ЭНЕРГИИ
ДЛЯ ПРОЕКТА NICA-MPD
В.С. Александров, В.А. Михайлов, В.А. Мончинский, В.Ф. Шевцов
ОИЯИ, Дубна, Россия
E-mail: aleks@jinr.ru
В рамках проекта NICA-MPD, разрабатываемого в ОИЯИ, проведены расчеты двух вариантов канала пе-
ревода пучка ионов золота от источника ESIS в начальную часть линейного ускорителя с пространственно-
однородной квадрупольной фокусировкой (RFQ). Приведены характеристики варианта канала, выбранного
для проекта NICA, и результаты численного моделирования динамики пучка.
1. ВВЕДЕНИЕ
Основной целью проекта NICA-MPD [1] являет-
ся проведение в ближайшие 5-7 лет экспериментов
по изучению сильного взаимодействия в горячей и
плотной кварк-глюонной материи и поиск возмож-
ного образования так называемой «смешанной фа-
зы» такой материи: смеси кварк-глюонного («кварк-
глюонная плазма») и адронного (частицы адронной
материи) фазовых состояний [2]. Далее планируется
осуществление столкновений встречных пучков
легких ионов и пучков поляризованных протонов и
дейтронов.
Инжектор ускорительного комплекса NICA
включает в себя:
– источник электронно-струнного типа (ESIS),
который производит ионы Au32+ с интенсивностью
на уровне 2⋅109 частиц за импульс длительностью
6…8 мкс и частотой повторения до 50 Гц;
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (54), p.76-79. 76
– линейный ускоритель с высокочастотной квад-
рупольной фокусировкой (RFQ), предназначенный
для ускорения ионов с отношением массы к заряду
A/q ≤ 8 до энергии 6.2 МэВ/ нукл. и эффективностью
не менее 80%.
Канал транспортировки ионов низкой энергии
(Low Energy Beam Transfer, LEBT) переводит пучок
из источника ESIS, расположенного на платформе
под потенциалом 200 кВ, в начальную часть линей-
ного ускорителя с пространственно-однородной
квадрупольной фокусировкой (RFQ). Источник за-
канчивается системой предварительного ускорения.
Рассматривались 2 варианта канала:
- вариант 1 с сепарацией компонент пучка, т.е. с
выделением одной зарядности;
- вариант 2 без сепарации, т.е. переводом в RFQ
всех зарядностей пучка.
Вариант 1 состоит из поворотного магнита-
спектрометра и фокусирующей системы, включаю-
щей в себя две соленоидальные магнитные линзы, 4-5
квадрупольных линз.
В варианте 2 отсутствуют квадрупольные линзы
и спектрометр, вместо которого устанавливается
анализирующий магнит.
Для проекта NICA предполагается использовать
вариант LEBT без разделения компонент пучка.
Расчет канала транспортировки проведен с помо-
щью оригинального программного кода MCIB04 [3],
который был использован для расчета и оптимизации
каналов транспортировки ЛЯР (ОИЯИ) [4], RIKEN
(Япония) [5], CERN [6]. Первоначальный выбор
структуры и параметров элементов канала осущест-
влялся с помощью программы MAD [7] в прибли-
жении «нулевого» тока пучка. При расчетах элек-
тро- и магнитостатических полей использовался
POISSON-код [8].
2. СИСТЕМА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО
УСКОРЕНИЯ
Ускоряющий зазор (AG), схематично показан-
ный на Рис.1, обеспечивает увеличение энергии ио-
нов до 200…225 кэВ/q. Электрическое поле в зазоре
рассчитано с помощью программы POISSON. Рас-
пределения потенциала и компонент электрического
поля показаны на Рис.2-4.
4
00
м
м
3
00
м
м
TUBE
membranesмембраны
GRID сетка
труба
Рис.1. Система предварительного ускорения
-200000
150000
100000
-50000
0
5000
0 4 8 12 16 20
distance, cm
-
-
0
Vo
lta
ge
, V
Н
ап
ря
ж
ен
ие
, В
Рис.2. Распределение потенциала на оси
Расстояние, см
0
4000
8000
12000
16000
20000
0 4 8 12 16 20
Ez
, V
/c
m
77
distance, cm
Рис.3. Распределение продольной компоненты Ez на оси
0 5 10 15 20
distance, cm
-4000
-2000
0
2000
4000
Er
, V
/c
m
1
5
mm
mm
Рис.4. Распределение радиальной компоненты Er
для двух радиусов
3. НАЧАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПУЧКОВ
Ускорение пучков в поле зазора моделировалось
с помощью программы MCIB04, учитывающей эф-
фекты собственного поля пучка ионов и его зарядо-
вый спектр.
Параметры компоненты Au+32 пучка золота на
выходе AG, использованные при расчете LEBT,
приведены в Табл.1.
Таблица 1
Ток пучка, мА 0 1.2
4 rms εun, π⋅мм⋅мрад 48
Rbeam, мм 2.2 3.4
β, мм/мрад (м/рад) 0.094 0.245
α 0.12 0.41
4. ТРЕБОВАНИЯ К ПУЧКУ В КОНЦЕ
КАНАЛА
Требуемые параметры пучка в конце канала оп-
ределяются оптимальной ориентацией фазового эл-
липса на входе в RFQ. Основные параметры, харак-
теризующие аксептанс RFQ согласно методике ра-
боты [9], приведены в Табл. 2.
Таблица 2
6 rms εun, π⋅мм⋅мрад ≤ 88
Rbeam, мм 2.8
β, мм/мрад (м/рад) 0.089
α 0.61
5. СОСТАВ КАНАЛА
Фокусирующая система канала (Рис.5) из двух
соленоидальных магнитных линз (S1, S2) служит
для согласования эмиттанса пучка с аксептансом
RFQ. Предусматривается место для установки 45°-
прямого анализирующего магнита АМ, имеющего
углы между полюсом и радиусом по 11.5°. Измери-
тельный бокс DB1 расположен между S1 и анализи-
рующим магнитом АМ. Он включает в себя гори-
зонтальную и вертикальную щели, цилиндр Фарадея
и измеритель профиля пучка, что позволяет прово-
дить измерения эмиттанса пучка. Измерительный
бокс DB2 расположен после анализирующего маг-
нита АМ, и включает в себя измеритель профиля
пучка, горизонтальную щель и цилиндр Фарадея, и
предназначен для анализа компонент. Между маг-
нитом АМ и соленоидом S2 расположены 2 пары
корректирующих магнитов (HV) (горизонтальный и
вертикальный в каждой паре) для корректировки
положения и угла пучка на входе в RFQ.
Е z
,В
/с
м
Расстояние, см
мм
мм
Е r
,В
/с
м
Расстояние, см
Рис.5. Схема LEBT
Величина тока на входе и выходе канала контро-
лируется двумя трансформаторами тока FCT.
Рассмотрены 2 типа соленоидов: длиной обмотки
28 и 5 см (далее в тексте «соленоид» и «катушка»).
Длины промежутков между элементами канала при-
ведены в Табл.3. Параметры элементов указаны в
разделе 7. Структурная функция для варианта с со-
леноидами (обратная задача) приведена на Рис.6.
Результаты моделирования прямой задачи с ускоре-
нием в AG и транспортировкой до входа в RFQ
(весь канал) с помощью MCIB04-кода для пучков с
током 3 мА показаны на Рис.7-8.
Таблица 3
Длины промежутков
с соленои-
дами
с катушками
промежуток длина, м длина, м
AG – S1 0.60 0.91
S1 – DB1 0.46 0.46
DB1– HV 0.70 0.70
HV – HV 0.50 0.50
HV – S2 0.20 0.20
S2 – RFQ 0.40 0.62
Полная длина канала 4.26 4.56
Рис.6. Канал и структурная функция для варианта
с соленоидами (обратная задача)
Рис.7. Траектории ионов «пучка Au+32» при полном токе пучка 3 мА (вариант с катушками)
Рис.8. Фазовый эллипс и сечение пучка на входе в RFQ
В аксептансе RFQ – 99.9% ионов основной за-
рядности с эмиттансом 4rms εun = 48 π⋅мм⋅мрад.
Эмиттанс всего пучка 4rms εun = 52 π⋅мм⋅мрад.
6. АНАЛИЗИРУЮЩИЙ МАГНИТ
Тестирование анализирующего магнита показа-
ло, что он способен разводить зарядности на ~15 мм
(Рис.9) на расстоянии 80 см, где обеспечивается фо-
кусировка в обеих плоскостях. Горизонтальный по-
луразмер пучка (с учетом вклада от дисперсии) не
превышает 5 мм.
Рис.9. Компоненты пучка на фазовой (слева) и координатной плоскостях
7. ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ LEBT
7.1. АНАЛИЗИРУЮЩИЙ МАГНИТ АМ
Тип: прямоугольный, со скошенными по 11.5° по-
люсами;
Угол поворота, град … … … … … … … … … 45
Радиус поворота, мм … … … … … … … … 400
Фокусирующий угол на входе и выходе, град … 11.5
Зазор, мм … … … … … … … … … … … … 90
Ширина полюса по средней линии, мм … … … 300
Радиальная однородность в области ±100мм … 2⋅10-4
Вmax, Тл … … … … … … … … … … … 0.425
Ампер-витки … … … … … … … … … 2×15000
78
79
7.2. СОЛЕНОИДЫ S1, S2
Соленоид Катушка
Тип бронированный
Полная длина, мм 300 76
Апертура, мм 110
Макс. диаметр, мм 200 206
Сечение обмотки,
мм×мм 35×280 35×50
Толщина экрана, мм 10 11
Макс. продольное
поле, Тл 1.1 2.2
Ампер-витки, А-в 250000 238000
Макс.интеграл,
[∫B2 dz], Tл2м 0.27 0.38
7.3. КОРРЕКТИРУЮЩИЕ МАГНИТЫ HV
Длина, мм 150
Апертура, мм 100
Макс. отклонение, мрад 3
Макс. смещение, мм 2
Макс. поле, Гаусс 350
7.4. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ БОКСЫ DB1 И DB2
DB1 DB2
Длина, мм 500 300
ЛИТЕРАТУРА
1. Концептуальный проект ускорительного ком-
плекса Nuclotron-based Ion Collider Facility
(NICA): Р9-2008-153. Дубна: ОИЯИ, 2008, с.51.
2. A.N. Sissakian, A.S. Sorin, and V.D. Toneev. QCD
Matter: a search for mixed quark-hadron phase //
Proc. of the 33rd International High Energy Physics
conference (ICHEP’06), Moscow, Russia. 2006, v.1,
p.421, nuclth/0608032.
3. V. Aleksandrov, N. Kazarinov, V. Shevtsov. Multi-
Component Ion Beam code - MCIB04 // Proc. XIX
Russian Particle Accelerator Conference (RuPAC-
2004), Dubna, Russia. 2004, p.201.
4. V.S. Aleksandrov, G.G. Gulbekian, N.Yu. Kazari-
nov, V.F. Shevtsov, A.V. Tikhomirov. Numerical
simulation of the 48Ca5+ ions transport along the U-
400 cyclotron’s injection line // Proc. of the 16th In-
ternational Conference on Cyclotrons and Their Ap-
plications. East Lansing, Michigan, USA. 2001.
5. V. Alexandrov, N. Kazarinov, V. Mironov,
V. Shevtsov, G. Shirkov, Y. Yano, and T. Naka-
gawa. Optimization of Ion Beam Line from ECRIS to
RFQ at RIKEN: Preprint RIKEN-AF-AC-27, 2001.
6. V. Aleksandrov, Yu. Batygin, N. Mironova,
V. Mironov, V. Shevtsov, G. Shirkov. Simulation of
the Charge-State Mixed Ion Beam Transportation
through the Low Energy Ion Beam Transport Line
(LEBT, CERN) // Proc. of the 4th Intern. Workshop
“Beam Dynamics & Optimization”. Dubna, 1997.
7. F.C. Iselin and J. Niederer. The MAD Program: Pre-
print CERN/LEP-TH/88-38, Geneva, Switzerland,
1988.
8. POISSON Program: Preprint LA-UR-87-115, Los
Alamos Acc. Group, 1987.
9. А.П. Мальцев, В.Б. Степанов, В.А. Тепляков.
Расчётные параметры начальной части уско-
рителя с ВЧ-квадрупольной фокусировкой: Пре-
принт ИФВЭ 71-116, Серпухов, 1972.
Статья поступила в редакцию 06.09.2009 г.
LOW ENERGY BEAM TRANSPORTATION LINE FOR NICA-MPD PROJECT
V.S. Alexandrov, V.A. Mikhailov, V.A. Monchinsky, V.F. Shevtsov
Within the frames of NICA-MPD project developed at JINR, calculations of two variants of the channel of trans-
fer of a gold ion beam from ESIS source to an RFQ type initial part of the linear accelerator are carried out. Charac-
teristics of a variant of the channel chosen for project NICA, and results of numerical simulation of beam dynamics
are given.
КАНАЛ ТРАНСПОРТУВАННЯ ІОНІВ НИЗЬКОЇ ЕНЕРГІЇ ДЛЯ ПРОЕКТА NICA-MPD
В.С. Александров, В.А. Михайлов, В.А. Мончінський, В.Ф. Шевцов
У рамках проекту NІCA-MPD, розроблювального в ОІЯД, проведені розрахунки двох варіантів каналу
переводу пучка іонів золота від джерела ESІS у початкову частину лінійного прискорювача із просторово-
однорідним квадрупольним фокусуванням (RFQ). Наведено характеристики варіанта каналу, обраного для
проекту NІCA, і результати чисельного моделювання динаміки пучка.
1. ВВЕДЕНИЕ
LOW ENERGY BEAM TRANSPORTATION LINE FOR NICA-MPD PROJECT
КАНАЛ ТРАНСПОРТУВАННЯ ІОНІВ НИЗЬКОЇ ЕНЕРГІЇ ДЛЯ ПРОЕКТА NICA-MPD
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17019 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T17:45:05Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Александров, В.С. Михайлов, В.А. Мончинский, В.А. Шевцов, В.Ф. 2011-02-18T11:04:03Z 2011-02-18T11:04:03Z 2010 Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD / В.С. Александров, В.А. Михайлов, В.А. Мончинский, В.Ф. Шевцов // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 76-79. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17019 621.384.6 В рамках проекта NICA-MPD, разрабатываемого в ОИЯИ, проведены расчеты двух вариантов канала перевода пучка ионов золота от источника ESIS в начальную часть линейного ускорителя с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (RFQ). Приведены характеристики варианта канала, выбранного для проекта NICA, и результаты численного моделирования динамики пучка. У рамках проекту NІCA-MPD, розроблювального в ОІЯД, проведені розрахунки двох варіантів каналу переводу пучка іонів золота від джерела ESІS у початкову частину лінійного прискорювача із просторово-однорідним квадрупольним фокусуванням (RFQ). Наведено характеристики варіанта каналу, обраного для проекту NІCA, і результати чисельного моделювання динаміки пучка. Within the frames of NICA-MPD project developed at JINR, calculations of two variants of the channel of transfer of a gold ion beam from ESIS source to an RFQ type initial part of the linear accelerator are carried out. Characteristics of a variant of the channel chosen for project NICA, and results of numerical simulation of beam dynamics are given. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Новые методы ускорения, сильноточные пучки Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD Канал транспортування іонів низької енергії для проекта NICA-MPD Low energy beam transportation line for NICA-MPD project Article published earlier |
| spellingShingle | Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD Александров, В.С. Михайлов, В.А. Мончинский, В.А. Шевцов, В.Ф. Новые методы ускорения, сильноточные пучки |
| title | Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD |
| title_alt | Канал транспортування іонів низької енергії для проекта NICA-MPD Low energy beam transportation line for NICA-MPD project |
| title_full | Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD |
| title_fullStr | Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD |
| title_full_unstemmed | Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD |
| title_short | Канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта NICA-MPD |
| title_sort | канал транспортировки ионов низкой энергии для проекта nica-mpd |
| topic | Новые методы ускорения, сильноточные пучки |
| topic_facet | Новые методы ускорения, сильноточные пучки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17019 |
| work_keys_str_mv | AT aleksandrovvs kanaltransportirovkiionovnizkoiénergiidlâproektanicampd AT mihailovva kanaltransportirovkiionovnizkoiénergiidlâproektanicampd AT mončinskiiva kanaltransportirovkiionovnizkoiénergiidlâproektanicampd AT ševcovvf kanaltransportirovkiionovnizkoiénergiidlâproektanicampd AT aleksandrovvs kanaltransportuvannâíonívnizʹkoíenergíídlâproektanicampd AT mihailovva kanaltransportuvannâíonívnizʹkoíenergíídlâproektanicampd AT mončinskiiva kanaltransportuvannâíonívnizʹkoíenergíídlâproektanicampd AT ševcovvf kanaltransportuvannâíonívnizʹkoíenergíídlâproektanicampd AT aleksandrovvs lowenergybeamtransportationlinefornicampdproject AT mihailovva lowenergybeamtransportationlinefornicampdproject AT mončinskiiva lowenergybeamtransportationlinefornicampdproject AT ševcovvf lowenergybeamtransportationlinefornicampdproject |