Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. Возможности расширения диапазона ускоряемых
ионов на действующих ускорителях 24
-
Особенности перевода инжектора И-2 протонного синхротрона ИТЭФ в режим ускорения ионов 24
-
Ускоряюще-фокусирующий канал с АФПФ для секции с
та =2 31
-
Ускоряющая структура с АФПФ для ионов с та =2 36
-
Ускоряющая секция с АФПФ для ускорения однозарядных ионов гелия на ускорителе И-2 4 8
-
Возможности ускорения ионов с приведенными массами в диапазоне т*= 8-20 на ускорителе И-2 61
-
Расширение диапазона ускоряемых ионов за счет использования цепочки ускоряющих резонаторов 71
Глава 2. Разработка узлов ускорительного комплекса
тяжелых ионов для промышленного производства
трековых мембран 7 6
-
Технологические особенности трековых мембран 7 6
-
Предварительный выбор структурной схемы и основных параметров ускорителя 82
-
Система инжекции и формирования пучка тяжелых малозарядных ионов 91
-
Конструктивные "особенности компактных ускоряюще-фокусирующих систем с ФПФ на основе вибраторных резонансных систем с трубками дрейфа 100
-
Экспериментальная отработка прототипа ускоряющей секции с АФПФ для ускорения тяжелых ионов 107
промышленного ускорителя ионов вольфрама.
-
Разработка предобдирочной секции с АФПФ для промышленного ускорителя ионов вольфрама 117
-
Перезарядная камера 122
-
Система формирования широкого поля облучения на удаленной мишени 128
Глава 3. Многоканальные ускоряюще-фокусирующие системы для ВЧ ускорителей ионов прикладного назначения ...135
-
Методика идентификации и неразрушающего контроля веществ с использованием импульсного ускорителя. 135
-
Требования к специализированному ускорителю для контроля радиоактивных ТВЭЛов и его основные особенности 14 0
-
Экспериментальный многоканальный ускоритель протонов и его основные системы 147
-
Многоканальная ускоряющая структура с асимметричной ФПФ для дейтронов на энергию 10 МэВ 160
Глава 4. Многоканальная ускоряющая система с решеточной фокусировкой для улучшения параметров пучка на выходе ускорителей прикладного назначения...167
-
Принцип действия решеточной фокусировки 167
-
Поперечная устойчивость движения ионов в ускоряющем канале с решеточной фокусировкой 169
-
Поперечная устойчивость движения ионов в отдельном канале системы в гладком приближении 177
-
Продольное и поперечное динамическое согласование пучка с каналом 184
-
Возможные реализации ВЧ делителя потенциала для формирования структуры электромагнитного поля в ускоряющей структуре с решеточной фокусировкой 189
-
Настройка многоячеечных структур с решеточными фокусирующими электродами 202
-
Изготовление фокусирующих решеток и их расстановка
в ускоряющей структуре 206
-
Экспериментальная ускоряющая структура с решеточной фокусировкой на энергию 2,2 МэВ 209
-
Повышение эффективности ВЧ питания в ускоряющей структуре с решеточной фокусировкой 220
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 225
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 229
Введение к работе
Сразу же после запуска первых ускорителей ионов возникли идеи по их использованию для создания новых технологических процессов, которые могли привести к созданию новых материалов, машин, приборов. По-видимому, вершиной технологических достижений тех лет было создание в 1952г. сверхмощного гигантского резонансного ускорителя на основе резонатора типа Альвареца с трубками дрейфа длиной 2 6 метров для наработки плутония МТА Марк-1 [1].
Рис.В.1.Строительство вакуумного кожуха ускорителя МАРК-1
Напомним, что рабочая частота была выбрана очень низкой (-10 МГц). Поэтому резонатор имел диаметр 18 м. Внутри резонатора были расположены трубки дрейфа диаметром 2,5-3 м с апертурами диаметром до 0,9 м. Внутри трубок дрейфа были размещены фокусирующие соленоиды. В этом ус- корителе было предусмотрено ускорение пучков протонов и дейтронов до энергии 20 МэВ/нуклон со средним током 0,25 А и мощностью на мишени 5 МВт. Однако выйти на проектные параметры разработчикам не удалось из-за неожиданно низких пробойных напряжений в ускоряющих зазорах. При этом практически каждый пробой сопровождался образованием глубоких каверн в трубках дрейфа. Поэтому в 1953 году этот ускоритель был разобран [2].
Особенностями конструкции ускорителя Марк-1 являлись три фактора. Во-первых, монтаж трубок дрейфа проводился прямо из железнодорожных платформ, которые въезжали внутрь вакуумного кожуха. Площадь всех поверхностей вакуумного кожуха и резонатора была очень велика (~2000 кв. м) , и устранить пыль, которая оседала на стенках и элементах резонатора, и другие загрязнения было практически невозможно. Этим объясняются низкие значения пробойных ВЧ напряжений внутри резонатора. Во-вторых, резонатор имел огромный объем (более 1000 куб. м) , в котором запасалось чрезвычайно большая ВЧ энергия на уровне 5 МДж. Поэтому разрушительная сила при пробоях была весьма велика. Наконец, в-третьих, в резонаторе имелись сильные магнитные поля, которые могли сфокусировать всю энергию пробоя в локальные места конструкции. Все эти факторы приводили к неустранимым разрушениям поверхности.резонатора.
Практически одновременно с сооружением Марк-1 в той же лаборатории в Ливерморе для тех же целей был создан сильноточный ускоритель протонов и дейтронов А-48[3]. Он имел 2 резонатора, в 1-м из которых рабочая частота составляла 24 МГц, а во втором г 48 МГц. Фотография трубок дрейфа во втором резонаторе приведена на рис.В.2. В этом ускорителе был получен ток протонов 75 мА с энергией 3,75 МэВ, дейтронов 2 0 мА с энергией 7,5 МэВ и а-частиц 1 мА с энергией 15МэВ.
Рис.В.2.Внутренний вид резонатора ускорителя А-48 (слева) и питающий высокочастотный генератор ускорителя МАРК-1
Дальнейшее развитие ускорительной техники привело к стремительному расширению диапазона технологических применений ускорителей. При этом неудача с МТА-1 поставила перед разработчиками ускорителей прикладного направления особые требования. Такие ускорители должны быть не только основаны на новейших достижениях ускорительной науки и техники, но и снабжены особыми системами, которые должны обеспечить изделиям высшую степень надежности, технологичности, возможности серийного производства и снижения стоимости.
Возможности включения пучков ускоренных ионов различных элементов в новейшие технологические процессы резко возросли после изобретений, сделанных в 1970 гг. И.М.Кап- чинским и В.А.Тепляковым в области ВЧ квадрупольной фокусировки, включая структуры с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой (ПОКФ) [4,5], и В.В.Кушиным в части разработки асимметричной фазопеременнои фокусировки (АФПФ)[6,7]. Примеры конструкций ускоряющих резонаторов с ПОКФ и АФПФ для ускорения протонов приведены на рис.В.З.
Рис.В.З. 4-камерный ускоряющий резонатор с ПОКФ (слева) и ускоряющий резонатор с АФПФ (справа)
В конце 8 0-х годов в ИТЭФ были проведены исследования возможности использования ПОКФ для создания ускорителя малозарядных ионов тяжелых элементов вплоть до урана [8]. Накопленный опыт позволил освоить сложные ускорители с ПОКФ на частоте 6,2 МГц для ускорения двухзарядных ионов висмута со сверхвысоким значением приведенной массы ионов (под приведенной массой иона т* понимается отношение массы иона к его заряду, для двухзарядных ионов висмута m* = m/q = 209/2). В этом ускорителе напряжение инжекции было выбрано не более 100 кВ, а выходная энергия составляла около 10 МэВ/я (100 кэВ/н) . Ускоритель был запущен и ус- пешно эксплуатировался в режиме ускорения двухзарядных ионов ксенона длительное время [9] (рис.В.4).
Одновременно были проведены работы по применению в линейном резонансном ускорителе асимметричной фазоперемен-ной фокусировки (АФПФ) [10-24].
Рис.В.4. Ускоряющий резонатор с ПОКФ для тяжелых малозарядных ионов на частоте 6,2 МГц Особый интерес вызывает использование в прикладных линейных ускорителях многоканальных ускоряющих систем. По данным автора диссертации первое открытое упоминание о многоканальных системах относится к 197 4 [25]. Более подробно различные аспекты многоканальных систем освещены в работах ученых из Московского инженерно-физического института и Московского радиотехнического института АН СССР [26-28,105]. В этих работах отражены научные основы принципа одновременного ускорения большого числа пучков.
В последние годы появилось много работ, связанных с использованием многоканального подхода к ускорению интенсивных пучков [29-35]. В работе [27] приведены данные о разработке многоканальных систем с трубками дрейфа, в которых предусмотрено 7, 19 (см. рис.В.5, слева) и 37 апертур с размещенными в них миниатюрными магнитными квадру-польными линзами.
Рис.В.5. 19-канальная трубка дрейфа с магнитными квадру- польными линзами (показаны обмотки для одной линзы) и
4-канальная линза с электростатической фокусировкой
При этом предполагалось, что в качестве инжектора для таких систем будут использованы хорошо отработанные источники типа дуоплазматрона, Пеннинга, вакуумно-дуговые и т.д. Пучок от источника с помощью фокусирующих устройств преобразуется в широкий слабо сходящийся (почти параллельный) пучок. Его диаметр на входе в многоканальную ускоряющую структуру (МУС) приблизительно равен диаметру области, занимаемыми всеми апертурами структуры. Однако отношение суммарной площади поперечного сечения, занимаемой всеми апертурами к полной площади поперечного сечения (коэффициент прозрачности системы) составляет лишь 20% из-за необходимости размещения обмоток линз. Заметим, что малый коэффициент прозрачности системы неизбежно сопровождается увеличением электрической емкости ускоряющих зазоров и соответствующим увеличением эквивалентной емкости резонансной системы. Это ведет к повышению расхода ВЧ мощности. По-видимому, современные достижения в области создания квадрупольных линз на постоянных магнитах позволят повысить прозрачность такой системы. С этой точки зрения, более эффективным для одновременного ускорения большого числа пучков является использование не магнитных, а электростатических квадрупольных линз [32] (см., например, рис.В.5,справа). В таких системах каждый отдельный пучок фокусируется в соответствующем канале с электростатическими квадруполями, а ускорение всех пучков производится в общих- ускоряющих зазорах с ВЧ полем. Коэффициент прозрачности в этом случае составляет около 30%.
В настоящее время рассматриваются и другие реализации многоканальных систем, связанные с различными видами фокусировки. Среди них следует особенно выделить многоканальные системы с ВЧ фокусировкой, в частности, с ПОКФ и АФПФ. Особенно высокий коэффициент захвата с учетом продольного и поперечного согласования пучка имеют системы с ПОКФ, где эта величина достигает 95-98% [33,35]. Такой высокий коэффициент. захвата в каждом отдельном канале достигается тем, что на входе канала необходимо использовать устройство адиабатического согласования в виде так называемого "раструба". Это устройство предназначено для плавного повышения жесткости фокусировки и обеспечения поперечной устойчивости частиц, отличающихся от синхрон- ной на ± 180[36]. Однако установка таких раструбов перекрывает основную часть пучка и прозрачность многоканальной системы с ПОКФ оказывается низкой и не превышает 20-30%.
Большинство проблем, связанных с созданием многоканальных систем, существенно упрощаются, если использовать многоканальные ускоряющие системы с АФПФ [37,38]. Эти системы обладают наилучшими показателями по прозрачности, где этот коэффициент достигает 60-70%. В таких системах ускоряюще-фокусирующие электроды имеют простейшую геометрическую форму дисков с выполненными в них по кондуктору отверстиями, причем число каналов может достигать десятков и сотен. Простая форма электродов особенно удобна для их промышленного тиражирования и использования в прикладных ускорителях. Для таких многоканальных систем наиболее удобно использовать многоканальный инжектор с соответствующими согласующими устройствами. Вариант 19-канальной системы инжектора на энергию 100 кэВ приведен на рис.В.б, слева, а на рис.В.6,справа, приведена фотография 19-ка-нального электростатического согласующего устройства в виде набора однопотенциальных фокусирующих линз.
Расчетно-теоретические исследования показали высокую эффективность применения на входе таких устройств. Однако при предварительной проработке такой системы выявился ряд сложных научно-технических проблем, затрудняющих ее использование в технологических ускорителях. Она требует сложной диагностической аппаратуры, устройств обслуживания и квалифицированного персонала. Поэтому дальнейшая проработка этого варианта перенесена на более поздние сроки и в диссертации не рассматривается.
Рис.В.6. 19-канальная система формирования пучков с поперечной компрессией (слева) и 19-канальное электростатическое согласующее устройство (справа)
В настоящее время появляются предложения по обеспечению соответствующих условий ВЧ согласования пучка с каналом на входе ускорителя с АФПФ с тем, чтобы обеспечить фазовый захват пучка в отдельном канале сравнимый с фазовым захватом пучка в канале с ПОКФ. Идеология, разработанная при создании согласующих устройств с ПОКФ под руководством И.М.Капчинского с использованием продольного и поперечного адиабатического согласования пучка от инжектора с ВЧ ускоряющим каналом, применительно к системам с осесимметричными ВЧ фокусирующими полями использована в работе [39] . В этой работе показано, что при использовании таких устройств можно получить коэффициент захвата в системе с АФПФ до 70-80%.
В середине 1980-х годов для проведения научной программы ИТЭФ возникла' необходимость перевода ускорителя И-2 в режим ускорения ионов гелия. Была создана компактная секция с АФПФ для ускорения однозарядных ионов гелия до энергии б МэВ. Она была размещена между действующим инжектором и входом в 1-й резонатор ускорителя И-2. В этой секции в канале длиной 0,75 м удалось обеспечить устойчивое и надежное ускорение ионов гелия с высоким темпом прироста энергии, средняя величина которого составила 7,5 МэВ/м. Секция была успешно испытана в режиме круглосуточной эксплуатации. В ней удалось ускорить ток 5 мА однозарядных ионов гелия-4. Этот результат дал возможность при использовании перезарядной мишени, установленной после этой секции, получить двухзарядную компоненту и ускорить ее во 2-м резонаторе ускорителя И-2 до б МэВ/н. До входа в протонный синхротрон удалось довести около 1 мА двухза-рядных ионов гелия. Комплекс вопросов, связанных с разработкой и созданием ускоряющей секции для перевода ускорителя И-2 в режим ускорения ионов гелия изложены в первой главе диссертации [40-49].
В 1983 году было принято Правительственное решение о создании в г.Дубне промышленного центра по производству трековых мембран (ТМ). Для этого наиболее эффективным средством являются пучки ускоренных тяжелых ионов[50-52] . Напомним, что проходя сквозь пленку облучаемого вещества, тяжелый ион образует канал сильного радиационного повреждения, где сложные молекулы облучаемого вещества (полимера, слюды, и т.д.) оказываются разорванными и расщепленными на более мелкие компоненты. Под действием окислителей эти химически активные компоненты захватывают атомы кислорода и образуют кислоты, а последующее травление переводит эти кислоты в легкорастворимые соли. В результате, в тех местах пленки, которые были "пробиты" ионами, образуются сквозные . отверстия, диаметр и форма которых зависят от типа и энергии иона, от облучаемого материала и от условий травления. Достигнутые в ИТЭФ результаты по созданию ускоряющих систем с ПОКФ для ускорения тяжелых ионов и ускоряющих структур с АФПФ для ускорения ионов гелия, а также почти 30-летний опыт безотказной круглосуточной работы протонного ускорителя И-2 убедили руководство проекта, что наиболее подходящим исполнителем такой работы является ИТЭФ. Вопросы, связанные с разработкой и созданием различных систем ускорителя для промышленного производства трековых мембран, изложены во второй главе диссертации [53-64].
Особые трудности возникают при создании ускоряюще-фокусирующих систем ВЧ прикладных ускорителей, связанных с необходимостью проведения дистанционной идентификации материалов. Актуальность проблемы обнаружения взрывчатых и делящихся веществ или наркотических средств на таможенных комплексах обусловлена ростом количества и разнообразием форм их использования преступными группами. В НИИЭФА предложен метод обнаружения взрывчатых веществ на основе анализа гамма-излучения, генерируемого при неупругом рассеянии быстрых нейтронов [65,бб]. Аналогичные методики могут использоваться при анализе поверхностей планет [67,68], при мониторинге загрязнения околоземного космического пространства-радиоактивным мусором[69], для диагностики ТВЭЛов, находящихся в эксплуатации [166-168] и в ряде других приложений. Практическая реализация метода долгое время сдерживалась отсутствием компактных и интенсивных источников нейтронов. Предварительные исследования, проведенные в ИТЭФ показали, что для определения делящихся веществ наиболее информативными ионами являются ускоренные дейтроны. Поэтому была поставлена задача по разработке компактного короткоимпульсного ускорителя дейтронов на энергию 10 МэВ с малой угловой расходимостью ускоренного пучка. Решение проблемы транспортировки интенсивного ускоренного пучка ионов на удаленный объект связано с возможностью получения ускоренных пучков с предельно малой угловой расходимостью. Одним из наиболее перспективных подходов является переход к многоканальному ускорению большого числа пучков малого сечения [25-34]. В этом случае суммарный ток на удаленной мишени пропорционален числу ускоренных пучков N,a суммарный эмиттанс пучка пропорционален №'5. Важным аспектом является проблема регистрация сигнала-отклика в условиях сильных фоновых излучений. В ИТЭФ предложена, разработана и успешно апробирована на электронном ускорителе "Факел" Курчатовского института методика регистрации запаздывающего гамма-излучения, основанная на. измерении его временных и энергетических спектров [70-75] . Эти исследования позволили обоснованно сформулировать основные требования на параметры ускорителя дейтронов.
При создании многоканальной системы для прикладного линейного ускорителя' особую важность приобретают требования простоты и надежности конструкции ускоряющей структу-ры. Сопоставление различных конструкций многоканальных систем показало, что системы с использованием АФПФ имеют простую конструкцию и компактные размеры. Компактные ре- зонаторы позволяют получить минимальную запасенную энергию, а отсутствие сильных магнитных полей предотвращает возможность опасной концентрации энергии разрядов в локальных точках. Кроме того, компактные размеры секции с АФПФ позволяют упростить задачу предотвращения запыленности при подготовке и запуску ускорителя. Простота конструкции элементов ускоряющих структур с АФПФ позволяет обеспечить повторное изготовление таких секций с высокой точностью. В процессе экспериментов на специально созданном ускорителе протонов с АФПФ на энергию 530 кэВ была продемонстрирована возможность одновременного ускорения семи и девятнадцати пучков с током в десятки миллиампер. Все указанные выше проблемы, а также вопросы разработки и создания ускоряюще-фокусирующей системы для экспериментального ускорителя дейтронов рассмотрены в третьей главе диссертации [69-84].
Расчетно-теоретические и экспериментальные работы, связанные с исследованием вопросов одновременного ускорения большого числа пучков в каналах с АФПФ, показали возможности ускорения интенсивного пучка ионов с малой расходимостью до энергии 0,5-1 МэВ. Однако при дальнейшем ускорении пучков в каналах, в которых используется АФПФ, приходится считаться с неизбежным ростом поперечных размеров пучков в каналах многолучевого ускорителя из-за снижения жесткости фокусировки. Наши исследования показали, что жесткость фокусировки можно сохранить, если ввести в ускоряющие зазоры дополнительные фокусирующие элементы - пространственные фокусирующие решетки [85]. Постепенное увеличение числа таких фокусирующих решеток в ускоряющих зазорах позволяет обеспечить фокусировку прак- тически всех частиц независимо от фазы влета в ускоряющий канал. Кроме того, размещение фокусирующих решеток в ускоряющих зазорах позволяет осуществить дополнительную взаимную экранировку пучков от кулоновского взаимодействия в процессе ускорения. Фокусирующая решетка представляет собой конструктивный элемент, который изготавливается на стандартном фрезерном станке и может легко тиражироваться с высокой точностью. Более того, конструкция пространственной решетки такова, что при создании оказывается возможным произвести предварительную юстировку заготовок решеток. По полученной разметке осуществляется юстировка всей системы каналов.
Ускоряющие системы с решеточной фокусировкой могут найти широкое применение при создании прикладных ускорителей ионов вплоть до самых тяжелых, в которых требуется обеспечить высокую поперечную яркость интенсивного ускоренного пучка. В четвертой главе диссертации изложен принцип действия решеточной фокусировки и результаты исследования устойчивости поперечного движения ионов, а также приведены результаты разработки и технической реализации соответствующих многоканальных ускоряющих структур с решеточной фокусировкой [85-94].
Существо и научная новизна диссертации нашла отражение в 21 изобретении, 19 из которых подтверждены авторскими свидетельствами и патентами Российской Федерации. Практическая ценность работы состоит в том, что большинство изобретений оформлены и реализованы как при выполнении прямых заданий научного руководства ИТЭФ (работы по переводу протонного инжектора И-2 синхротрона ИТЭФ в режим ускорения ионов[49], разработка подходов по ускорению сверхтяжелых ионов, -включая кластерные ионы), так и при выполнении договорных работ с внешними заказчиками. В частности, при выполнении работ по договору с Минатомом по разработке ускоряюще-фокусирующих систем с решеточной фокусировкой оформлено-3 изобретения[85,86,94], по договору с НИИ вакуумной техники им. С.А.Векшинского на разработку ускоряющей системы с регулируемой выходной энергией - 3 изобретения[46,144,145], по договору с приборным заводом "Тензор" по разработке и созданию специализированного ускорителя - 4 изобретения [55,56,62,64], по договору с Минатомом на разработку ускорителя для дистанционной идентификации материалов - 1 изобретение[70], при разработке и создании экспериментального ускорителя тяжелых малозарядных ионов по заказу Минатома - 4 изобретения[18,19,22, 35], а также оформлено 4 изобретения, относящихся к комбинации ускорителя и подкритических размножающих сборок по проблемам энергетики [146,147], медицины[154] и трансмутации ядерных отходов[148].
Работы, положенные в основу диссертации, докладывались и обсуждались на Европейских конференциях по ускорителям ЕРАС (1988,1990,1994,2000), Национальных конференциях США по ускорителям (1993,1995,1999), Международных конференциях по линейным ускорителям LINAC(1988,1994,1998,2002), Европейских конференциях по применению ускорителей в науке и технике ECAART(1997,1999) , Международном симпозиуме по проблемам боронеитронозахватной терапии (BNCT)(1996) и Международном семинаре по применению ускорителей для BNCT (1994), Международном семинаре по использованию ускорителей для трансмутации ядерных отходов (1994), Международном семинаре по применению ускорителей в промышленности и медицине (2001), Международной конференции по ускорителям заряженных частиц (1986), Совещаниях по ускорителям заряженных частиц (1980,1992,1996,1998,2002), Всесоюзных семинарах по ускорителям (1977,1981,1987,1989,1997), конференции по ионно-лучевой технике, технологии и оборудовании для ионной имплантации (1991), Научно-отраслевых сессиях МИФИ (2001-2003).
По теме диссертации опубликовано 4 8 научных работ, 21 изобретение, 19 из -которых оформлены авторскими свидетельствами и патентами, и 8 научных отчетов, приравненных к публикации и имеющих номер государственной регистрации.
Структура и объем-диссертации
Материалы диссертации изложены на 253 страницах, включая 130 рисунков, 27 таблиц, состоит из оглавления, введения, 4 глав, заключения, списка литературных источников из 171 наименования на 25 страницах.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
Обоснование конструктивной простоты, компактности и надежности эксплуатации ВЧ ускоряющих структур линейных ускорителей ионов прикладного назначения на основе ре-зонаторных и вибраторных систем обеспечивается за счет использования в них каналов с фазопеременной фокусировкой (ФПФ) (а.с. СССР № 820642, № 1424711, № 1575923, № 1723979, патент РФ № 2032285).
Научно-техническое обоснование схемы расширения набора ускоряемых ионов на инжекционном комплексе И-2 протонного синхротрона при минимальном изменении штатной схемы ускорителя-инжектора и минимальном времени перехода от режима ускорения протонов к режиму ускорения ионов (а.с. СССР № 1494254, № 1757134).
Результаты разработки, создания и испытаний в составе штатного оборудования ускорителя И-2 компактных ускоряющих секций с ФПФ на энергию 1,5 МэВ/нуклон для ионов с приведенной массой т*=2 и т*=4. В ускоряющей структуре для ионов с т*=4 достигнут рекордный для ВЧ ускорителей ионов средний темп набора энергии 7,5 МэВ/м, что позволило провести комплекс физических исследований на протонном синхротроне ИТЭФ с ускоренными ионами гелия
Научно-техническое обоснование выбора структурной схемы, параметров и режимов эксплуатации резонансного ускорителя тяжелых ионов на энергию 1,7 МэВ/нуклон для использования в технологическом ускорительном комплексе для промышленного производства трековых мембран на приборном заводе «Тензор», включая выбор элемента, энергии ионов на входе и выходе, частот ускорения, длительности и частоты следования импульсов, а также конструктивное выполнение ряда узлов (ускоряющие резонаторы предобди-рочной части, промежуточная перезарядка пучка на газовой мишени, формирование широкого поля равномерного облучения полимерной пленки) с учетом специфики эксплуатации комплекса в заводских условиях (а.с. СССР № 847832, патенты РФ № 2033708, № 2047285, положительное решение о выдаче патента РФ по заявке № 94037126).
Результаты разработки, создания и испытаний ускоряюще-фокусирующей системы экспериментального ускорителя ионов с ФПФ для ионов с приведенной массой т*=4б на энергию 310 кэВ/н, на котором ускорены ионы вольфрама и молибдена и произведены эксперименты по выбору оптимального режима облучения полимерных пленок толщиной 10 микрон.
Результаты разработки ускоряюще-фокусирующей системы компактного короткоимпульсного ВЧ ускорителя легких ионов для отработки методики дистанционной идентификации делящихся веществ с использованием ядерно-физической измерительной аппаратуры, регистрирующей запаздывающие гамма кванты (патент РФ № 2032285).
Результаты исследования компактных многоканальных резонансных ускоряющих структур с фокусировкой ВЧ полем для решения научно-технических и технологических проблем, возникающих при проектировании ускорителей прикладного назначения с малой угловой расходимостью интенсивного ускоренного пучка ионов на выходе ускорителя (а.с. СССР № 831044, № 856370, № 1424711).
Результаты разработки, создания и испытания 19-ка-нального экспериментального ускорителя протонов с ФПФ на энергию 0,53 МэВ с суммарным током ускоренного пучка 42 мА.
Конструкция многоапертурного фокусирующего элемента -пространственной фокусирующей решетки и результаты теоретических исследований особенностей фокусировки пространственными решетками (решеточной фокусировки) при их использовании в высокочастотных ускоряюще-фокусиру-ющих системах прикладных линейных ускорителей с числом каналов более 100 (а.с. СССР № 256492, № 260061, патент РФ № 2163426).
Результаты экспериментальных исследований различных вариантов ускоряющих структур на основе многокамерных Н-резонаторов и резонаторов на основе четверть- и полуволновых вибраторных систем для реализации принципа ВЧ деления потенциала в системах с решеточной фокусировкой для прикладных ВЧ линейных ускорителей легких ионов с числом каналов более 100.
