Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 3
Цель работы 5
Научная новизна работы 5
Практическая ценность работы 6
Апробация работы 6
Публикации , 7
Структура и объем диссертации 7
ГЛАВА I МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ 7
Интегральные характеристики поля 8
Mermaid 9
Радиально-секторная структура 9
Спирально-секторная структура 12
Комрот 14
Радиально-секторная структура 14
TOSCA 15
Радиально-секторная структура 15
Спирально-секторная структура 16
CBDA 18
Связанные проблемы 19
Математическое моделирование 19
Выводы 20
ГЛАВА П МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЦИКЛОТРОНА VINCY 20
Введение 20
ВЧ система 21
Системы инжекции и вывода 22
Магнитная система 23
Система измерения поля 25
Компьютерные модели магнитного поля 26
Шиммирование поля ферромагнитными элементами 27
Пондеромоторныесилы 32
Гармоники поля низшего порядка 35
Причины возникновения гармоник ошибок 35
Позиционирование датчика Холла 38
Измерение и коррекция 1-й гармоники магнитного поля 40
Вклады концентрических корректирующих обмоток 43
Изохронизация магнитного поля 49
Электрическое поле 54
Динамические характеристики электромагнитных полей 60
Рабочая диаграмма 62
Выводы 64
ГЛАВА Ш МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ТАМОЖЕННОГО ЦИКЛОТРОНА 64
Введение 64
Циклотрон 65
Магнитная система 66
Поле в магнитопроводе 70
Поле в медианной плоскости 72
Практические вопросы проектирования магнита 74
Динамические характеристики электромагнитных полей 75
Свойства замкнутых равновесных орбит 75
Ускоренные орбиты 77
Выводы 80
ГЛАВА IV МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ДЕТЕКТОРА ATLAS (LHC, CERN) 80
Введение 80
Расчеты магнитного поля детектора 81
Формулировка проблемы 82
Секторы 12-14 83
Несущая конструкция (HS) 87
Влияние шкафов с электроникой и другие локальные возмущения 88
Торцевые области 89
Пондеромоторные силы 92
Включение соленоида 94
Включение центрального тороида 96
F-chain 96
HS структура. 98
Выводы 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
Введение к работе
Циклотрон - один из первых ускорителей зараженных частиц, который благодаря своим качествам (простота, надежность, низкая стоимость и т.д.) сохранил свое положение до сих пор во многих областях применения. В настоящее время насчитывается большое количество работающих установок этого типа во многих областях промышленности и науки, в широком диапазоне энергий и интенсивности ускоренных частиц. Естественно, сложно обсуждать в подробностях все такие применения и мы ограничимся лишь рассмотрением случаев, близких к теме данной работы.
В частности, в последнее время очень большое значение получило применение циклотронов в медицинских иелях: производство медицинских радиоизотопов и (протонная) терапия. В нижеприведенной Таб. 1 перечислены лишь некоторые действующие или строящиеся машины этого типа.
Таб. 1 Медицинские циклотроны
Для производства медицинских изотопов широкое применение получили компактные специализированные циклотроны, ориентированные на ускорение одного типа частиц. Типичными представителями таких машин являются установки фирмы IBA (Бельгия), где ускоряются, как правило, отрицательные ионы водорода с последующей их перезарядкой на обдирочной фольге при 100% выпуске пучка протонов для дальнейшего использования вне ускорителя. Фирма выпускает циклотроны с различными максимальными энергиями пучка в диапазоне от нескольких МэВ до сотен МэВ и интенсивностями от десятков наноампер до сотен микроампер.
Однако в последнее время вновь вернулись к идее построения многоцелевых циклотронов для ускорения различных типов частиц с варьируемой конечной энергией, что позволяет более оперативно реагировать на быстроизменяющиеся требования к производству наиболее оптимальных и востребованных в данный период времени изотопов (М. Qaim :'Low energy cyclotron is not always adequate for production purposes. A medium-sized multiparticle machine may be more useful for production of new and emerging radionuclides') [3*]. Примером такой машины может служить циклотрон VINCY (Белград, Сербия) [4*].
Отдельная область применения циклотронов связана с вопросами обнаружения взрывчатых веществ при проверке грузов в аэропортах и других общественных местах в рамках борьбы с терроризмом. Этой тематике посвящаются отдельные международные форумы, типа недавно состоявшейся в Швейцарии Гордоновской конференции [5*]. Примером такой машины может служить Таможенный циклотрон, разрабатываемый в ЛЯП им. В.П.Джелепова, ОИЯИ по заказу Лос Аламоской лаборатории (США) [6*].
Естественно, что и традиционные исследования в области ядерной Физики также продолжают проводиться с применением циклотронных установок [7*].
В диссертационной работе рассматриваются вопросы создания компактных циклотронов, и, в частности, разработка магнитных систем этого типа ускорителей на основе современных компьютерных моделей, а также при помощи экспериментального формирования магнитного поля на полномасштабном магните циклотрона. Рассмотрены уже упоминавшиеся выше 2 циклотронные установки: циклотрон ВИНСУ и Таможенный циклотрон.
Рис. 1. ACCEL сверхпроводящий циклотрон
Рис. 2. IBA Cyclone 30 cyclotron
швяшишшявшвшшш
Рис. 3. IBA Cyclone 18/9 и Cyclone 10/5
Рис. 4. IBA C230 циклотрон
