Установки электронного охлаждения с изменяемым профилем электронного пучка

Электронное охлаждение является одним из методов управления параметрами пучков тяжелых ионов. После первых экспериментов с электронным охлаждением в Новосибирске, метод получил широкое распространение, во многих лабораториях были созданы установки с электронным охлаждением [1]. Опыт, накопленный при использовании электронного охлаждения в реальных экспериментах с внутренними мишенями и интенсивными пучками, показал наличие некоторых проблем, ограничивающих светимость таких установок. Наиболее существенной особенностью электронного охлаждения является быстрый рост скорости охлаждения для малых амплитуд отклонения ионов от равновесия. Это связано с тем, что магнитное поле на участке охлаждения «замагничивает» поперечное движение электронов. После ускорения электронов до высокой энергии продольный разброс очень мал и продольная температура в сопутствующей системе координат становится меньше 1° К. В результате, в большинстве случаев температурой электронного пучка можно пренебречь, и скорость, охлаждения растет как куб амплитуды колебаний ионов. И, если, например, ионы с амплитудой колебаний 1 см могут охлаждаться* за 1 сек., то ионы, накопленные в одно-миллиметровом «ядре» пучка, будут охлаждаться за время 1 мсек. Образование сверхплотного охлажденного' «ядра» пучка приводило во. многих случаях к развитию колебаний и быстрой гибели ионов на больших амплитудах. Это ограничивало накопление пучков и вызывало проблемы фонов в детекторах. Модуляция энергии электронного пучка и, соответственно, возрастание энергетического разброса ионного пучка улучшало ситуацию.

Развитие новых проектов потребовало разработки систем охлаждения, позволяющих оперативно управлять охлаждением в 6- мерном фазовом пространстве для оптимизации накопления пучков. Для этого была разработана концепция управления не только скоростями электронного пучка, но и плотностью. Уменьшение электронной плотности к центру накопления уменьшает и скорость охлаждения. Так полый электронный пучок будет охлаждать только электроны с амплитудой колебаний, превышающей радиус полой части, что и предотвратит образование слишком высокой плотности ионного пучка. Кроме того, уменьшение электронной плотности в области накопления уменьшает и рекомбинацию ионов и увеличивает время жизни ионов, что позволит накапливать больше ионов.

Тяжелые ионы с большой зарядностью имеют высокие значения сечения взаимодействия с атомами остаточного газа в вакуумной камере.

Современные накопительные кольца требуют перехода к вакууму на уровне 11.

10″ -10″ торр. В установках электронного охлаждения основным источником газоотделения является десорбция под действием потерь электронного пучка в области охлаждения. Так потери тока на уровне 1 мА и.

3 15 коэффициенте десорбциЮ" будут создавать поток газа 6×10 атомов в секунду, и при скорости откачки 10 000 л/с равновесное давление составит 10″ 8 Торр. Для перехода к давлениям 10″ 11 Торр и ниже необходимо уменьшить потери электронного тока до уровня 1 мкА. Для этого предложено использовать электростатические повороты в установках электронного охлаждения. Идея состоит в том, чтобы, посредством электрического поля, заставить электроны, отраженные от коллектора, двигаться по той же траектории, что и основной пучок. В" этом случае, совершив какое-то количество колебаний, они будут захватываться в коллектор вместе с электронами основного пучка.

Использование электронного охлаждения на высоких энергиях предъявляет высокие требования на прямолинейность магнитного поля в секции охлаждения. Отклонение от прямолинейности вызывает дополнительное движение электронов в сопутствующей системе и ухудшает охлаждение. Для создания магнитного поля предлагается собирать магнитную систему из отдельных катушек с возможностью пространственной коррекции каждой катушки. Магнитное поле измеряется после сборки соленоида, а отклонения корректируются небольшим вращением, либо наклоном катушек.

На защиту в данной диссертации выносятся следующие научные результаты:

1. Применение электронной пушки с изменяемым профилем пучка дня установок электронного охлаждения.

2. Исследования профилей пучка для этого типа пушек с применением оригинальной методики.

3. Ввод в строй магнитной системы установки электронного охлаждения на базе прецизионного соленоида. Применение комплексной системы магнитных измерений для его тестирования и юстировки.

4. Ввод в строй системы электростатической компенсации дрейфа электронного пучка на участке поворота.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе.

1 Для установок электронного охлаждения была применена электронная пушка с изменяемым профилем пучка. Проведены испытания этого типа пушек с применением оригинальной методики.

2 Запущена в строй магнитная система установки электронного охлаждения на базе прецизионного соленоида. Для тестирования и юстировки его применялась специально разработанная комплексная система магнитных измерений.

3 Введена в строй система электростатической компенсации дрейфа электронного пучка на участке поворота.

В заключение автор хочет выразить свою благодарность научному руководителю В. В Пархомчуку, научным сотрудникам В. Б. Реве, В. М. Панасюку, В. Н. Бочарову за всестороннюю помощь в проведении экспериментов, а так же всему коллективу лаборатории 5−2, принимавшему участие в пуско-наладочных работах по запуску установок электронного охлаждения.

Заключение

.