Семинары

Семинар по физике ускорителей

11 июня состоялось очередное совместное заседание двух семинаров - секции физики пучков заряженных частиц и ускорительной техники общеинститутского семинара и секции физики и техники ускорителей, криогеники общелабораторного семинара ЛФВЭ.

Заслушаны два доклада - "Механизм накопления заряженных частиц в ловушке Пеннинга - Малмберга - Сурко (ПМС) с вращающимся электрическим полем" (авторы М.К.Есеев, А.Г.Кобец, И.Н.Мешков, О.С.Орлов и А.А.Cидорин, докладчик - член-корреспондент РАН И.Н.Мешков) и "Расчет влияния нагрузки ускоряющей структуры током пучка в ускорителе ЛУЭ-200" (авторы Т.М.Бондаренко, С.М.Полозов и А.П.Cумбаев, докладчики - С.М.Полозов и А.П.Cумбаев).

В первом сообщении представлены экспериментальные данные по исследованию воздействия вращающегося электрического поля (RW-поля) в ловушке ПМС с продольным магнитным полем на динамику частиц. "Ловушечные" технологии с успехом применяются во многих исследовательских центрах мира в экспериментах с позитронами и другими экзотическими частицами и атомами. Прогресс в этом направлении связан с использованием в ловушках ПМС вращающегося электрического поля, поперечного к оси ловушки, что увеличивает эффективность накопления заряженных частиц и их время жизни. Этот эффект, обнаруженный ранее другими авторами, до сих пор не получил объяснения. Cгусток зарядов, аккумулируемых в ловушке ПМС, сжимается под воздействием вращающегося электрического и продольного магнитного полей. В этом и состоит "загадка Сурко". Попытки объяснить этот эффект возбуждением неустойчивостей в позитронной (электронной) плазме оказалась несостоятельной, так как сжатие пучка происходит и при очень низких интенсивностях сгустка, когда никакие неустойчивости возбуждаться не могут.

В работе группы ОИЯИ получены экспериментальные данные в ловушке ПМС, являющейся частью инжектора позитронов установки LEPTA, созданной в ОИЯИ для изучения физики позитрония. Авторами предложен и экспериментально подтвержден механизм действия вращающегося поля. Изучены особенности накопления позитронов и электронов и процессов сжатия их сгустков в ловушке ПМС под действием вращающегося поля. В режиме малых и переходных интенсивностей подтверждена сжимающая роль поля в воздействии на сгустки, что приводит к увеличению времени жизни сгустка накапливаемых частиц и, соответственно, их количества. Эффект наблюдается в широком диапазоне интенсивностей, а это подтверждает предложенный авторами механизм резонансного воздействия RW-поля на аккумулируемые частицы. Авторами предложены также изменения в конструкции ловушки ПМС, позволяющие увеличить эффективность накопления частиц. Работа рекомендована к публикации в журнале "Письма в ЖЭТФ".

В сообщении С.М.Полозова (МИФИ) и А.П.Сумбаева (ОИЯИ) представлены результаты работы, в которой определялось воздействие тока (пространственного заряда) ускоряемого пучка электронов на эффективность ускорения частиц в ускоряющей структуре с бегущей электромагнитной волной (длина волны 10 см) ускорителя ЛУЭ-200 установки ИРЕН ОИЯИ.

Численным моделированием изучена динамика пучка электронов в группирователе и ускоряющей секции с постоянным импедансом для оценки влияния подгрузки ускоряющего СВЧ поля на такие параметры пучка, как коэффициент захвата в режим ускорения, средняя энергия, энергетический спектр частиц на выходе и т.д. В расчетах показано, что при использовании для питания одной ускоряющей секции

ЛУЭ-200 клистронного усилителя СВЧ мощности TH2129 с импульсной мощностью, равной 17 МВт, для пучка с нулевым током максимальная вероятная энергия ускорения составляет около 60 МэВ. Моделирование ускорения "на запасенной энергии" показало, что инжекция в ускоряющую секцию пучка с током выше 1 А снижает энергию на выходе до 20 МэВ. При выходе ускоряющего поля секции на стационарный режим (примерно 40-й сгусток) максимально вероятная энергия пучка составляет 34,9 МэВ, а средняя энергия для всех частиц, дошедших до конца ускорителя, равна 30,3 МэВ. Используемый на ускорителе вариант СВЧ группирователя на стоячей волне не обеспечивает ни эффективного сжатия пучка по фазам, ни увеличения средней энергии сгустка до требуемого значения (около 2,0-2,5 МэВ), оптимального для перезахвата в ускоряющей секции. Спектр пучка на выходе при этом не лучше ±20 процентов (по основанию). Результат в целом соответствует измеренным в экспериментах значениям.

Предложения по оптимизации динамики частиц в ускорителе электронного пучка и уменьшению влияния нагрузки током ускоряющей системы, представленные в сообщении, рекомендованы к использованию в развитии проекта ИРЕН.

Анатолий Сумбаев, начальник отдела ЛФВЭ,
Эрнаст Уразаков, председатель совместного заседания семинаров