Линейный ускоритель протонов И-2

Линейный ускоритель протонов И-2 позволяет ускорять в импульсном режиме протонный пучок до энергии 24,6 МэВ с амплитудой тока до 200 мА. Основные параметры ускорителя И-2 приведены в таблице 1. Ускоритель включает в себя три ускоряющие структуры: форинжектор – ускорителя прямого действия с ускоряющим потенциалом 700 кВ и два высокочастотных ускоряющих резонатора с дрейфовыми трубками (структура Альвареца) доускоряющие пучок, соответственно, до 6,12 МэВ и 24,6 МэВ. На выходе ускорителя построена сеть ионопроводов для измерения параметров ускоренного пучка и его практического использования, а также для транспортировки и инжекции пучка в кольцо синхротрона У-10. Блок-схема ускорителя И-2 показана на рисунке 1

Форинжектор представляет собой ускорительную трубку, на один конец которой подается импульсное ускоряющее напряжение 700 кВ при помощи импульсного трансформатора ИТ-800. На высоковольтном конце ускоряющей трубки установлен источник протонов типа Дуоплазматрон. Между форинжектором и первым ускоряющим резонатором находится согласующий канал, состоящий из шести пар магнитных квадрупольных линз. В согласующем канале размещен также группирователь (банчер), осуществляющий продольную группировку пучка на входе в ускоряющий резонатор для увеличения интенсивности ускоренного пучка.

Обозначения: Гараж ‑ экранированный объем под потенциалом 700 кВ, в котором размещен ионный источник и др. оборудование форинжектора, КФИ – камера форинжектора, в которой установлены индукционные датчики, КН – камера наблюдения, К – корректор, ПИФО – камера для измерения эмиттанса пучка, З – вакуумный затвор, ПМ – поворотный магнит

Рисунок 1. Структура протонного инжектора И-2

Ускоряющие резонаторы работают на частоте 148,5 МГц и размещены в общем вакуумном объеме длиной 18,4 м и диаметром 1,9 м (рисунок 2). Питание резонаторов осуществляется от двух фазируемых ВЧ генераторов с импульсной мощностью до 5 МВт.

Рисунок 2. Вакуумный объем ускоряющих резонаторов линейного ускорителя И-2

Система автоматического регулирования предусматривает возможность подстройки собственной частоты резонаторов, механического и электронного регулирования разности фаз ускоряющего ВЧ поля в резонаторах и стабилизации амплитуды ускоряющего ВЧ поля.

Поперечная фокусировка частиц осуществляется при помощи магнитных квадрупольных линз, размещенных в пролетных трубках ускоряющего канала резонаторов.

Экспериментальные возможности установки И-2

Ускоренный пучок протонов на выходе ускорителя может варьироваться по энергии в диапазоне от 0,7 до 24,6 МэВ. Облучение образцов может осуществляться внутри вакуумного объема камеры, установленной на выводном ионопроводе ускоренного пучка, либо при атмосферных условиях с выводом ускоренного пучка из вакуумной камеры выводного ионопровода через окно, перекрытое фольгой из алюминия толщиной 100 мкм. Характеристики пучка в зоне облучения образцов могут варьироваться настройкой режима ускорения частиц и оптического канала. Диапазоны рабочих параметров приводятся в таблице 2.

Основные направления использования ускоренного пучка

Ускоренный протонный пучок установки И-2 используется для прикладных исследований и промышленного применения по следующим направлениям:

• испытание радиационной стойкости материалов
• радиационная обработка полупроводниковых структур для улучшения их эксплуатационных параметров
• исследование радиационно-индуцированных изменений материалов при воздействии протонного пучка
• исследования по радиационной биологии
• методические исследования аппаратуры физических исследований

Расширение экспериментальных возможностей ускорительной установки И-2

Экспериментальные возможности ускорителя протонов И-2 могут быть расширены за счет увеличения длительности импульса ускоренного пучка до 100 мкс и, соответственно, повышения интенсивности ускоренных протонов до 10¹⁴ частиц/с. Эта задача может быть решена соответствующей модификацией ионного источника и улучшением рабочих характеристик системы стабилизации амплитуды ускоряющего напряжения.

При повышении интенсивности ускоренного пучка появится дополнительная возможность использования протонного ускорителя И-2:

• для производства короткоживущих изотопов
• для создания квазимоноэнергичного источника нейтронов с перестраиваемым спектром в диапазоне энергий десятков МэВ для исследований в области нейтронной физики.