Ускорительный Центр ИТЭФ

Многоцелевой тяжелоионный ускорительно-накопительный комплекс ИТЭФ-ТВН

Инструменты пользователя

Инструменты сайта


ru:i3

Линейный ускоритель ионов И-3

Линейный ускоритель ионов И-3 (рисунок 1) предназначен для использования в качестве инжектора ионного пучка в кольцевой ускоритель, а также может использоваться как самостоятельный ускоритель для исследовательских задач в области ядерной физики. Ускоритель И-3 представляет собой импульсный резонатор с одной пролетной трубкой и двумя ускоряющими зазорами, работающий на частоте 2,504 МГц при напряжении на каждом зазоре до 2 МВ, таким образом, ускоряемый пучок приобретает на выходе ускорителя энергию до 4·Z МэВ, где Z – зарядовое число ускоряемого иона. Резонансный контур ускоряющей структуры, представляющий из себя четвертьволновую линию, возбуждается импульсным двухкаскадным ВЧ-генератором, охваченным контуром обратной связи, стабилизирующим амплитуду ВЧ-напряжения на ускоряющих зазорах. Импульсный автогенератор малой мощности – порядка нескольких киловатт – служит для предварительного подвозбуждения резонатора и обеспечивает прохождение области низкой добротности при малых амплитудах ВЧ-напряжения (мультипактора) и выход в рабочую точку с большой крутизной. Анодное питание ВЧ-генератора осуществляется от линейного модулятора, задающего длительность импульса ВЧ-напряжения.

Линейный ускоритель И-3
Рисунок 1. Линейный ускоритель И-3

Структурная схема ускорителя ионов И-3 показана на рисунке 2, основные параметры ускорителя приведены в таблице 1. Ускоряемые ионы генерируются в мишенной камере лазерного ионного источника (ЛИИ) и поступают на вход ускоряющего резонатора через согласующий канал с тремя электростатическими линзами и группирователем, обеспечивающим формирование банчевой структуры пучка на частоте основного ускоряющего резонатора. Генератор ВЧ-группирователя управляется частотой резонансного контура ускоряющей структуры через фазовращатель, обеспечивающий регулирование фазы формируемого сгустка пучка относительно фазы ускоряющего напряжения.

Структурная схема ускорителя И-3
Рисунок 2. Структурная схема ускорителя И-3

Установка позволяет ускорять разные типы ионов, генерируемых на выходе ЛИИ. Тип ускоряемых ионов выбирается установкой в мишенной камере ЛИИ цилиндрической поверхности диска из соответствующего материала касательной к фокальной плоскости лазерного луча, создающего факел высокотемпературной плазмы. Рабочий диск выбирается перемещением в вертикальном направлении мишенного барабана, составленного из набора дисков разных материалов.

Таблица 1. Основные характеристики линейного канала ИЛУ И-3
Лазерный ионный источник
Энергия СО2 – лазера Л5, Дж 5
Энергия СО2 – лазера Л100, Дж 100
Длина дрейфовой трубки, м 1,3
Разрывающий промежуток:
ширина, мм 40
апертура, мм 70
напряжение, кВ 50
тип электродов плоскопараллельные
Типы генерируемых ионов С4+, Al11+, Si12+, Fe16+, Ag19+ и др.
Ускоряющий резонатор
Резонансная частота, МГц 2,504
Число ускоряющих зазоров 2
Ширина ускоряющих зазоров, мм 250
Амплитуда напряжения на зазоре, МВ 2
Длина трубки дрейфа, мм 1920
Апертура, мм 70-90
Энергия инжекции, кВ 48
ВЧ-группирователь
Геометрическая длина, м 0,4
Число ускоряющих зазоров 2
Ширина ускоряющих зазоров, мм 50
Апертура, мм 80
Длина пролетной трубки, мм 250
Максимальная амплитуда напряжения на зазоре, кВ до 10

Экспериментальные возможности установки

Энергия ускоренного пучка ионов на выходе ускорителя И-3 определяется зарядовым числом иона, выбираемым на выходе ЛИИ и амплитудой ускоряющего напряжения в резонаторе, величина которой варьируется в диапазоне до 4 МВ. Максимальная интенсивность ускоренного пучка составляет ~1011 частиц/c для легких ионов (типа С4+), ~1010 частиц/c для средних по массе ионов (типа Fe16+) и ~109 частиц/c для тяжелых ионов типа Ag19+ и тяжелее.

Облучение образцов может осуществляться внутри вакуумного объема камеры, установленной на выводном ионопроводе ускоренного пучка. Регулируемые параметры ускоряющего резонатора и выходной ионопровод позволяют формировать требуемые характеристики ускоренного пучка на испытательном стенде с использованием квадрупольных линз и анализирующего магнита.

Характеристики пучка в зоне облучения образцов могут варьироваться настройкой режима ускорения частиц и оптического канала. Диапазоны значений рабочих параметров приведены в таблице 2.

Таблица 2.2 – Характеристики пучка ионов в зоне облучения И-3
Энергия ионов до 4Z МэВ
Размер рабочей зона облучения до 60 мм
Плотность интегрального потока протонов за 1 импульс в центре рабочей зоны облучения (106÷1010) см-2
Неравномерность интегрального потока протонов за 1 импульс в пределах рабочей зоны облучения не более ±15%

Основные направления использования ускоренного пучка

Ускорительная установка И-3 использовалась в качестве инжектора тяжелых ионов комплекса кольцевых ускорителей ИТЭФ-ТВН. В настоящее время установка используется для технологических исследований по тематике физики пучков заряженных частиц и ускорительной техники, а также планируется ее использование по следующим направлениям:

  • радиационная обработка полупроводниковых структур для улучшения их эксплуатационных параметров
  • исследования радиационно-индуцированных изменений материалов при воздействии пучка заряженных частиц
  • исследования по радиационной биологии
  • методические исследования аппаратуры физических исследований
ru/i3.txt · Последние изменения: 2017/10/14 00:02 — palex