Ускорительный Центр ИТЭФ

Многоцелевой тяжелоионный ускорительно-накопительный комплекс ИТЭФ-ТВН

Инструменты пользователя

Инструменты сайта


ru:i3

Это старая версия документа.


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.


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.

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

2.1. 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 (10,sup>6</sup>÷1010) см-2
Неравномерность интегрального потока протонов за 1 импульс в пределах рабочей зоны облучения не более ±15%


2.2. 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/i3.1507663273.txt.gz · Последние изменения: 2019/06/06 11:57 (внешнее изменение)