Введение к работе
Актуальность темы. Значительное расширение круга задач, стоящих :ред кристалло-оптпкой заряженных пучков высокой энергии, и огром-ія потенциальная значимость ее применения на ускорителях настоятельно )сбуют глубокого понимания эффектов, возникающих во взаимодействии ряженного пучка с изогнутым монокристаллом, умения рассчитать эф-зктивность кристаллического дефлектора (в частности как элемента сн-смы вывода из ускорителей) и возможности расширять арсенал средств методов формирования пучков с различными свойствами на ускорителях того поколения.
Цель диссертационной работы состояла в изучении возможностей шеталло-оптики адронных пучков высоких энергий, развитии теории и сперимента в области каналнрования частиц в изогнутых монокрпстад-іх, в том числе с учетом несовершенства кристаллической решетки, а деже теории и эксперимента многооборотного вывода протонного пучка
ускорителей.
Научная новизна и результаты, выносимые на защиту
-
Исследована эффективность изогнутых кристаллов в аналитической ідели. Определена оптимальная кривизна кристалла. Объяснены эксперп-:нтальные зависимости деканалирования и объемного захвата.
-
Создана компьютерная программа (CATCH), моделирующая двпже-:е заряженных частиц в изогнутых кристаллических решетках; в отлп-е от предшествующих методов, CATCH включает однократные рассея-я частицы на электронах, существенные для высоких энергий; возможен ет дислокаций кристалла. Промоделированы основные эксперименты по-еднпх лет по исследованию деканалпрования, объемного захвата, эффек-вностп отклонения пучка и спектров потерь энергии в ориентированных
изогнутых кристаллах. Промоделировано влияние дислокаций решетки каналированис частиц высоких энергий. Сформулированы требования к вершснству решетки кристаллов в области высоких энергий.
-
Экспериментально исследовано отклонение протонов с энергией < ГэВ кристаллом Si (ПО) с рекордной эффективностью, до (20±2) % (54 в интервале углов Линдхарда). Исследовано совершенство краевого cj кристалла. Выполнен анализ эксперимента с помощью моделирования.
-
Создана компьютерная модель вывода частиц из ускорителей, вклю1 ющая многократное прохождение частиц через кристалл и многообороті движение в ускорителе. Промоделированы эксперименты по выводу И] тонного пучка с энергией 120 ГэВ из SPS (ЦЕРН). Разработаны (числ ным моделированием) процедуры для изучения многооборотного выво, часть из которых реализована (вертикальное сканирование пучка, пров ка действия "аморфного края" кристалла). Получена эффективность вы: да ~10% при длине кристалла 3 см. Показано, что укорочением кристаї до ~1 см можно повысить эффективность вывода на SPS до 30-40 %.
-
В компьютерной модели исследован вывод пучка кристаллом из L1 (~7 ТэВ) и показано что возможно достичь эффективности вывода ( 70 %, используя кристалл кремния длиной ~5 см. Детально промеда рован готовящийся эксперимент Е853 по выводу протонов энергии 900 Г из сверхпроводящего ускорителя Тэватрон. Изучено влияние несоверш ства кристалла ("толщина септума") и параметров оптики ускорителя эффективность вывода.
Практическая ценность. Результаты выполненных псследоваЕ широко используются в ИФВЭ, CERN и Fermilab для анализа и оптимп щш экспериментов по каналпрованпю и открывают большие возможное применения изогнутых кристаллов как на действующих, так и на стр щпхея ускорителях на большие энергии. В первую очередь это относите проектам вывода с помощью монокристалла гало протонного пучка, ш купирующего в накопительном кольце, для одновременной работы уско] теля в модах коллайдера и фиксированной мшпенп. Вывод гало коллапд ного пучка мультитэвных энергий может стать важнейшим достижеш крпсталло-оптшеи заряженных пучков.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доклады лпсь на IV всесоюзной конференции по взаимодействию излучения с тв дыми телами (Эльбрус, 1990 г.), IV международном совещанші "Фпзі на УНК" (Протвино, 1990 г.), всесоюзном совещанші "Применение эфф тов каналированпя в физике высоких энергий" (Протвино, 1991 г.), ме дународной конференции по ускорителям (Сан-Франциско, 1991 г.), к
ірснцпп "Computing in High Energy Physics" (Сан-Франшіско, 1994 г.), іропеиской конференции по ускорителям (Лондон, 1994 г.), международ-йконферснщпі^ФцзцкаЬ-кварков^94"^ (Франция, 1994 г.), совещаніїях^ ллаборащш RD22 (ЦЕРН, 1992-1994 гг.) ц Е853 (ФНАЛ, 1992-1995 гг.), :ешгаарах в Отделе пучков ИФВЭ, ИНФН (Пиза), ЦЕРН (Женева) п PSI юрпх), а также опубликованы в отечественных и зарубежных журналах грепрпнтах ИФВЭ, SSCL и ЦЕРН [1-18], включая обзор в УФН [1].
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 120 страни-:с, состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 47 рпсун-ї, 5 таблиц п список цитируемой литературы из 161 наименования. ^