Содержание к диссертации
Предисловие
Глава I. Исследования и развитие существующих методов вывода пучков
1. Введение 19
2. Вывод пучков вторичных частиц 20
2.1 Результаты использования "толстых" мишеней (обзор) 20
2.1.1 Характеристика мишеней 20
2.1.2 Наведение пучка на внутренние мишени 21
2.1.3 Динамика пучка при взаимодействии с мишенью 25
2.1.4 О временной структуре пучков вторичных частиц 27
2.1.5 Совместная работа мишеней в цикле ускорения 30
2.2 Одновременный вывод частиц для 4-5 экспериментов 32
2.2.1 Особенности наведения ускоренного пучка одновременно на три внутренние мишени 32
2.2.2 Исследования работы мишеней в "тени" с частицами больших амплитуд 39
2.2.3 Эффективность внутренних мишеней при их одновременной работе 41
2.3 Исследование "тонких" мишеней и получение выводимых пучков нового качества 43
2.3.1 Обоснование и выбор материала. Тепловые расчеты тонких мишеней
2.3.2 Особенности динамики ускоренного пучка при взаимодействии с тонкой внутренней мишенью 47
2.3.3 Исследование одновременной работы толстых внутренних с тонкой. Характеристики выводимых пучков 52
2,3.4 Улучшение временной структуры пучков вторичных частиц при работе тонкой мишени 58
3. Совместная работа внутренних мишеней с быстрым и/или резонансным медленным выводами протонов 65
3.1 Особенности совместной работы 65
3.2 Исследования механизма подавления ВЧ-етруктуры 200 кГц в пучках вторичных частиц при быстром выводе протонов 67
3.3 Исследования двукратного вывода интенсивного пучка протонов на установку Нейтринный Детектор
3.3.1 Принцип вывода 73
3.3.2 Расчеты вывода пучка протонов 76
3.3.3 Экспериментальные результаты 78
3.4 Исследования одновременной работы внутренних мишеней с резонансным медленным выводом 82
3.4.1 Особенности динамики пучка при параллельной работе РМВ и ВМ 84
3.4.2 Схемы вывода. Экспериментальные результаты 86
4. Исследования возможности резонансного медленного вывода одновременно в два независимых направления 89
4.1 Результаты расчетов. Схемные решения 90
4.2 Оценки эффективности вывода 92
4.3 О быстром выводе пучка в данной схеме 94
5. Выводы к главе 1 95
Глава II. Исследования нерезонансного медленного вывода ускоренных протонов
1. Введение 99
2. Динамика пучка ускоренных протонов при нерезонансном медленном выводе 101
2.1 Описание принципа вывода 101
2.2 Влияние многократного кулоновского рассеяния частиц 103
2.3 Влияние ионизационных потерь энергии 106
2.4 Совместное влияние эффектов рассеяния и потерь энергии 107
2.5 Численные оценки 108
2.6 Сравнение результатов вывода пучка из У-70 и слабо фокусирующих ускорителей 109
3. Вывод пучка протонов на установку ФОДС 111
3.1. Распределение частиц в апертуре первого септум-магнита.
Начальный фазовый объем пучка 113
3.2. Оптимизация параметров мишеней. Особенность выводимого пучка 116
3.3. Схема вывода протонов 121
3.3.1 Фазовый объем пучка. Оценки эффективности 121
3.3.2 Практические результаты вывода пучка протонов 123
4. Исследования одновременного вывода ускоренных протонов и вторичных частиц 124
4.1 НМВ протонов на установки ФОДС-2,СВД (канал N22) 124
4.1.1 Требования. Особенности вывода пучка на установку СВД 124
4.1.2 Вывод пучка протонов вместе с выводом вторичных частиц 125
4.1.3 Формирование пучка на мишени установки 129
4.1.4 Экспериментальные результаты 130
4.2 НМВ протонов на установку СФИНКС (канал N21) 134
4.2.1 Особенности вывода пучка протонов 134
4.2.2 Укороченная схема вывода пучка 135
4.2.3 Экспериментальные результаты 135
4.3 НМВ протонов на установку Комплекс Меченых Нейтрино 137
4.3.1 Требования к выведенному пучку 137
4.3.2 Схемы вывода 138
4.3.3 Вывод пучка по схеме 1 (через дефлектор СМ-18) 139
4.3.4 Вывод пучка по схеме 2 (через дефлектор ЭД-106) 140
4.3.5 Оценка эффективности вывода 145
4.4 Другие возможности совместной работы НМВ и ВМ: 146
4.4.1 Работа НМВ и установки ГАМС-4тг с мишени на положительных координатах 146
4.4.2 Первые результаты использования W и Си мишеней 150
4.5 Перспективы использования Нерезонансного Медленного Вывода 157
4.5.1 Данные об эффективности НМВ для Тэватрона и SPS 157
4.5.2 Оценки эффективности НМВ для фитиля ИФВЭ 158
5. Выводы к главе II 161
Глава III. Исследования и развитие вывода пучка протонов изогнутыми монокристаллами
1. Введение 164
2. Общие принципы каналирования 164
3. Исследования вывода пучка на установку ПРОЗА 167
3.1 Необходимость вывода пучка протонов максимальной энергии 167
3.2 Схемы и особенности вывода протонов из У-70 168
3.2.1 Вывод из магнитного блока 25 169
3.2.2 Вывод из магнитного блока 24 170
3.2.3 Одновременный вывод протонов и вторичных частиц
3.2.4 Экспериментальные результаты 171
4. Развитие метода вывода протонов из У-70 178
4.1 О выводе протонов на установку ВЕС (канал 4Д) 178
4.2 Увеличение эффективности каналирования с помощью тонких мишеней 182
4.2.1 Экспериментальные результаты 182
4.2.2 Обсуждение результатов 184
4.3 Вывод протонов с энергией 50 ГэВ на установку СИГМА 186
4.4 Об использовании тонкой внутренней мишени при выводе протонов из ускорителей изогнутым монокристаллом 188
4.4.1 Оценки применения метода на других ускорителях 188
4.4.2 Влияние тонкой внутренней мишени на повышение эффективности каналирования 191
4.5 Анализ эффективности вывода изогнутым кристаллом 195
4.5.1 Движение частиц в плоскостном канале 195
4.5.2 Сравнение с экспериментальными данными 198
4.6 Новая возможность применения изогнутых монокристаллов для вывода пучков из ускорителей 201
4.6.1 Схема заброса пучка протонов 202
4.6.2 Экспериментальные результаты 204
4.6.3 Обсуждение результатов 204
5. Перспективы использования изогнутых монокристаллов на ускорителе ИФВЭ 210
6. Вывод протонов из ускорителей-коллайдеров 211
6.1 Новые эксперименты и возможности использования изогнутых монокристаллов 211
6.1.1 Возможные эксперименты на SSC 212
6.1.2 Эксперименты на LHC 213
6.2 Вывод пучка из SPS CERN 214
6.3 Вывод пучка из Теватрона FNAL (эксперимент Е853) 215
6.3.1 Цель и задачи эксперимента 215
6.3.2 Ввод пучка с использованием магнита 217
6.3.3 Вывод протонов при многократном прохождении кристалла 223
6.3.4 Измерения параметров пучка в режиме диффузии 225
6.3.5 Эффективность вывода
7. Выводы к главе III 228
Глава IV. Исследования методов контроля за пучком и облучаемости оборудования при ускорении и выводе частиц
1. Введение 230
2. Исследование гало пучка в ускорителе 230
2.1 Экспериментальные результаты 231
2.2 Анализ результатов 234
3. Исследования потерь частиц и облучаемости оборудования в цикле ускорителя 236
3.1 Потери частиц до запуска бустера 237
3.1.1 Потери при инжекции и в начале ускорения 237
3.1.2 Потери при работе системы стабилизации интенсивности 238
3.1.3 Потери пучка при быстром выводе протонов 241
3.1.4 Потери пучка при медленном выводе протонов 242
3.1.5 Потери при работе внутренних мишеней 244
3.1.6 Потери при работе мишени-перехватчика 246
3.2 Потери частиц при работе с высокой интенсивностью 247
3.3 Облучаемость оборудования ускорителя 249
3.3.1 До запуска бустера 249
3.3.2 При работе с высокой интенсивностью 250
3.3.3 Облучаемость оборудования У-70 за годы его работы 254
4. Исследование мер борьбы с облучаемостыо оборудования 257
4.1 Снижение потерь при инжекции в ускоритель 257
4.2 Обрезание пучка перед быстрым выводом 258
4.3 Перехват пучка 260
4.3.1 Схема перехвата пучка протонов 260
4.3.2 Заброс пучка на поглотитель с помощью рассеивателя 261
4.3.3 Эффективность перехвата пучка 262
5. Выводы и рекомендации к главе IV 264
Заключение 267
Литература
Введение к работе
При разработке и создании ускорителей частиц высоких энергий в большой мере используются опыт и технологии, полученные при создании существующих машин на низкие энергии. Соответственно, при разработке методов вывода частиц для физических экспериментов на ускорителе ЇЇФ-ВЭ па 70 ГэВ, являвшимся в течение ряда лет крупнейшим ускорителем в мире, так же использован опыт, накопленный на синхрофазотроне ОИЯЇЇ на энергию 10 ГэВ. PS CERN на 28 ГэВ (см., например, [65-67,37]) и ускорителях других лабораторий. Практически сразу после запуска У-70 в 1967 г. был осуществлен вывод вторичных частиц с внутренних мишеней [68], что позволило начать экспериментальные исследования в ИФВЭ. С ростом числа ускоренных частиц и в связи с подготовкой экспериментов, рассчитанных на пучок протонов максимальной интенсивности, потребовалось обеспечить последовательную работу внутренних мишеней (ВМ) с быстрым (БВ) и резонансным медленным (РМВ) выводами. Это в 1.5-2 раза сократило длительность вывода пучков для экспериментов (0-8-1.3 с вместо 1.8 с) и поставило задачу разработки режимов одновременной работы нескольких установок на пучках вторичных частин с ВМ, параллельной работы ВМ и РМВ ж улучшения качества выведенных пучков, что обеспечило бы более эффективное использование ускоренного пучка и плоской части магнитного цикла, предназначенной для физических экспериментов. Ниже приводятся результаты осуществления поставленной задачи на ускорителе ИФВЭ, а так же результаты решения других задач, возникавших в процессе расширения программы экспериментов на У-70 и способствовавших дальнейшему повышению эффективности физических исследований.
