Многоцелевой тяжелоионный ускорительно-накопительный комплекс ИТЭФ-ТВН
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
Таблица 1. Основные параметры ускорителя протонов И-2 | |
Наименование параметра | Значение |
---|---|
Выходная энергия, МэВ | 0,7÷24,6 |
Амплитуда выходного импульсного тока пучка, мА | 200 |
Ширина импульса тока пучка, мкс | 10 |
Частота повторения импульсов | до 1 Гц |
Интенсивность ускоренного пучка, частиц/с | 1013 |
Частота ускоряющего поля, МГц | 148,5 |
Длительность ВЧ-импульса генератора, мкс | 300 |
Длина резонатора, м | 18,4 |
Диаметр резонатора, мм | 1370 |
Апертура, см | 2,0/2,5 |
Амплитуда ср. поля на оси, кВ/см | 20/23 |
Импульсная мощность потерь в меди, МВт | 2,6 |
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.
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.
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.
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.
Таблица 2. Характеристики пучка протонов в зоне облучения и-2 | |
Наименование параметра | Значение |
---|---|
Энергия протонов в вакуумном объеме | (0,7÷24,6) МэВ ±1% |
Энергия протонов в атмосфере | (5÷21) МэВ ±10% |
Размер рабочей зона облучения | до 100 мм |
Плотность интегрального потока протонов за 1 импульс в центре рабочей зоны облучения | (106÷1012) см-2 |
Неравномерность интегрального потока протонов за 1 импульс в пределах рабочей зоны облучения | не более ±15% |
Ускоренный протонный пучок установки И-2 используется для прикладных исследований и промышленного применения по следующим направлениям:
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: