Синхротрон релятивистских тяжелых ионов НУКЛОТРОН в ускорительном комплексе NICA
Диссертация
Для получения максимальной светимости в экспериментах на встречных пучках необходимо обеспечить устойчивость пучков высокой плотности циркулирующих и сталкивающихся в накопителе, подавив действие пространственного заряда пучков и внутрипучкового рассеяния, различного рода неустойчивостей, а также влияние нелинейностей магнитной системы. Теоретические и экспериментальные исследования всех этих… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. Выбор и оптимизация параметров базовых элементов комплекса NICA
- 1. 1. Ускорительный комплекс
- ЛФВЭ ОИЯИ
- 1. 2. Проект NICA
- 1. 3. Основные режимы работы комплекса NICA
- ГЛАВА 2. Применение методов охлаждения пучков в проекте NICA
- 2. 1. Система электронного охлаждения Бустера. Режимы работы
- 2. 2. Структура Коллайдера NICA. Режимы работы
- 2. 3. Параметры сгустков и светимость коллайдера
- 2. 4. Концепция системы стохастического охлаждения в коллайдере
- 2. 5. Концепция системы электронного охлаждения в коллайдере
- 2. 6. Сценарий охлаждения пучков в коллайдере
- 2. 7. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки по 74 системам охлаждения пучков в коллайдере
- ГЛАВА 3. Результаты модернизации сверхпроводящего быстроциклирующего 76 синхротрона Нуклотрон для ускорения тяжелых ионов
- 3. 1. Проект «Нуклотрон-М»: развитие и результаты
- 3. 2. Ускорение тяжелых ионов в Нуклотроне
- 3. 3. Общие принципы выбора параметров системы электропитания и защиты в сверхпроводящих синхротронах. Система питания комплекса Нуклотрон
- 3. 4. Технический проект системы последовательного питания
- 3. 5. Ввод системы в эксплуатацию. Методика поэтапной реализации
- ГЛАВА 4. Развитие сверхпроводящего синхротрона Нуклотрон для экспериментального исследования режимов работы Коллайдера NICA
- 4. 1. Постановка задачи
- 4. 2. Концепция постановки эксперимента по стохастическому охлаждению пучка в 136 Нуклотроне
- 4. 3. Моделирование процесса стохастического охлаждения в Нуклотроне с 142 помощью уравнения Фоккера-Планка
- 4. 4. Подготовка эксперимента
- 4. 5. Экспериментальные измерения
- ГЛАВА 5. Проект Бустера комплекса NICA
- 5. 1. Обзор разработанных вариантов структуры
- 5. 2. Бустер проекта NICA
- 5. 3. Магнитная система
- 5. 4. Конструкция структурных магнитов и линз
- 5. 5. Система коррекции погрешностей магнитного поля
- 5. 6. Системы инжекции и вывода пучка
- 5. 7. Вакуумная система
- 5. 8. Проект систем питания Бустера
Список литературы
- А. N. Sissakian et al., «The Project N1. A/MPD at JINR: Search for the mixed phase of strongly interacting matter at Nuclotron-based ion collider facility» XXIII Int. Symposium on lepton and photon interaction at high energy, LP07, Daegu, Korea, 2007.
- А.М.Балдин. «О развитии ускорительного комплекса в ЛВЭ ОИЯИ и исследованиях по релятивистской ядерной физике.» В сб.: «Нуклотрон и релятивистская ядерная физика». ОИЯИ, 8309, Дубна, 1974.
- А.А.Смирнов, А. Д. Коваленко. «Нуклотрон сверхпроводящий ускоритель ядер в ЛВЭ ОИЯИ: создание, работа, развитие», Письма в ЭЧАЯ, т.1 (6(123)), 11, 2004.
- A.M.Baldin and A.D.Kovalenko. «Status of the Nuclotron», CERN, PS Division Seminar, Geneva, April 1993.
- A.M. Baldin и др., «Superconducting fast cycling magnets of the Nuclotron», IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol.5, pp.875−877, June 1995.
- H. Khodzhibagiyan, N. Agapov, A. Kovalenko, A. Smirnov, A. Starikov. «Development of fast-cycling superconducting magnets at JINR», International Conf. «CRYOPrague 06″, Prague, 2006
- H. Khodzhibagiyan, A. Kovalenko, G. Kuznetsov и др. „Superferric Quadrupole magnet with a pulse repetition rate of 10 Hz for high energy particle accelerators“, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 17, N2, 2007.
- FAIR project http://www.fair-center.de
- A.D.Kovalenko., „Status of the Nuclotront“, Proc. Of EP AC'94,London, 1994, v. l, p.161, (1995).
- Н.Н.Агапов, „Криогенные технологии в сверхпроводящем ускорителе релятивистских ядер Нуклотроне“, журнал „Физика элементарных частиц и атомного ядра“ (ЭЧАЯ), 1999, т 30, вып. З, с. 760.
- В.А.Михайлов, диссертация на соискание ученой степени к.т.н. „Обоснование и расчет динамических параметров магнитной структуры Нуклотрона“ (ЛВЭ ОИЯИ, 1989 г.)
- N.N. Agapov, V.A.Andreev, и др. „Slow beam extraction from the Nuclotron“, Proc. of the 2001 Particle Accelerator Conf, Chicago, pp. 1646−1648.
- А.Д.Коваленко. „От синхрофазотрона к Нуклотрону“, УФН, т. 177, № 8, август 2007.
- А.М.Балдин, А. И. Малахов, А. Н. Сисакян. „Некоторые проблемы релятивистской ядерной физики и множественного рождения частиц“, ЭЧАЯ, Т.32, вып. 7, с 6−62, Дубна, 2001.
- A.D. Kovalenko, G. Trubnikov et. al., Nuclotron-M project, ОИЯИ, Дубна, 2007.
- Агапов H.H., Алфеев А. В., Андреев В. А., Базанов A.M., Батин В. И., и др., Ход реализации проекта „Нуклотрон-М“ (по итогам сенсов № 37, 38), Сообщения ОИЯИ, Р9−2009−38, Дубна 2009
- Аверичев А.С., Агапов Н. Н., Алфеев А. В., Андреев В. А., Базанов A.M., Батин В. И., и др., Итоги 39-го сеанса Нуклотрона, Сообщения ОИЯИ, Р9−2009−131, Дубна 2009
- Аверичев А.С., Агапов Н. Н., Алфеев А. В., Андреев В. А., Базанов A.M., Батин В. И., и др., Итоги 40-го и 41-го сеансов Нуклотрона, Сообщения ОИЯИ, Р9−2010−68, Дубна 2010
- N. Agapov, V. Alexandrov, О. Brovko, et.al., „Status of the Nuclotron. 'Nuclotron-M' project“. Proceedings of IP AC 10, Kyoto, Japan, 684−686.
- N. Agapov, V. Alexandrov, O. Brovko, et.al., „Status of the Nuclotron“, Proceedings of RuPAC-2010, Protvino, Russia, 127−129.
- Агапов H.H., Алфеев A.B., Андреев, и др., Прогресс в развитии ускорительного комплекса Нуклотрон, Письма в ЭЧАЯ, 2010. Т. 7, № 7(163), 731−736.
- И.Б.Иссинский, О. И. Бровко, А. В. Бутенко, Эксперименты по исследованию потерь интенсивности пучка Нуклотрона (2002−2005 гг.), Сообщения ОИЯИ, Р9−2007−107, Дубна.
- В.И. Волков, А. В. Елисеев, И. Б. Иссинский, А. Д. Коваленко, Моделирование адиабатического захвата пучка Нуклотрона в режим ускорения, Сообщения ОИЯИ, Дубна 2003, Р9−2003−154.
- Design and construction of Nuclotron-based Ion Collider fAcility (NICA), Conceptual design report, Editors I. Meshkov, A. Sidorin, JINR, Dubna, 2008
- Концептуальный проект ускорительного комплекса Nuclotron-based Ion Collider fAcility (NICA), под редакцией И. H. Мешкова и А. О. Сидорина, Р9−2008−153, Дубна, ОИЯИ, 2008 (ISBN 978−5-9530−0197−7)
- Nuclotron-based ion collider facility, MPD detector CDR, http://nica.jinr.ru/
- V.D.Kekelidze, A.S.Sorin et al., The Multipurpose Detector (MPD). Conceptual Design Report, vl.0, http://nica.jinr.ru/ A. Butenko at al.,
- G. Trubnikov,., A. Sissakian et al. „Project of the Nuclotron-based Ion Collider Facility (NICA) at JINR“, Proceedings of EPAC08, pp.2581−2583,Genoa, Italy, June 2008- Proceedings of RuPAC 2008, pp. 82−84, Zvenigorod, Russia, September 2008.
- D.E. Donets, E.D. Donets, et al, „Production and ion-ion cooling of highly charged ions in Electron String Ion Source“, Rev. Sci. Instrum. 80, 63 304 (2009)
- V. V. Fimushkin et al., Eur. Phys. J., Special Topics 162 275 (2008), V. P. Derenchuk, A. S. Belov, in Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference Chicago (2001) p.2093, A. S. Belov et al., Nucl. Instrum. and Meth. A333 256 (1993).
- J. Alessi, A. Schempp, U. Ratzinger, et al., Commissioning of the EBIS-based heavy ion preinjector at Brookhaven, Proceedings of Linear Accelerator Conference LINAC2010, Tsukuba, Japan, FR103
- H.Khodzhibagiyan, G. Trubnikov, et al, Cryogenic test of full-size superconducting magnet for the Booster synchrotron of the NICA project, Proceedings of the EUCAS-2011, Журнал „Physics Procedia“ (2011)
- H.Khodzhibagiyan, P. Akishin, G. Trubnikov et al., Status of the Development of Superconducting Magnets for the NIC A Project, Proceedings of the Conference on Magnetic Technologies MT-22, #3AP3 6
- TECHNICAL REPORT „RF Systems for NIC A COLLIDER“, BINP, Novosibirsk, 2011.
- A.Butenko, G. Trubnikov, et al, Design of the Nuclotron Booster in the NICA Project, Proceedings of the RUPAC'10, Protvino, Russia, Oct. 2010, p. 68
- O.Kozlov, A. Tuzikov, et al., Transport beam lines for NICA accelerator complex, Proceedings of the IP AC'11, San Sebastien, Spain, September 2011, p.3526
- Kostromin, O. Kozlov et al., Lattice of the NICA Collider Rings, Proc. of IP AC'10, Kyoto, Japan, 2010, p.6907
- H.Khodjibagiyan et al, Superconducting Magnets for the NICA Accelerator Complex in Dubna, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol.21, N3, 2011, pp. 1795−1798
- A. Kovalenko, G. Trubnikov, et al, The NICA Facility in Polarized Proton Operation Mode, Proceedings of the IPAC’l 1, San Sebastien, Spain, September 2011, p.1804
- Meshkov, G. Trubnikov, et al., NICA PROJECT AT JINR, Журнал „Письма в ЭЧАЯ“, Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 521, 2012 г.
- I.Meshkov, I. Seleznev, A. Sidorin, A. Smirnov, E. Syresin, G.Trubnikov. BETACOOL program for simulation of beam dynamics in storage rings, NIM A 558 (2006)
- A.B. Kuznetsov, I.N. Meshkov, A.V. Philippov. Radiative recombination of heavy bare nuclei and ions in electron cooling system, Proceedings of COOL'2011, Alushta, Ukraine, THCOBOl, http://JACow.org
- A.V. Filippov, et al. Physics of Particles and Nuclei Letters, 2010, v.7, No.7, p. 1
- C.A. Костромин, И. Н. Мешков, A.O. Сидорин, A.B. Смирнов, Г. В. Трубников, Применение методов охлаждения пучков в проекте NICA, Журнал „Письма в ЭЧАЯ“, Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 537, 2012 г.
- I.A. Koop, A.P. Lysenko, I.N. Nesterenko, Yu.M. Shatunov, A.A. Valishev. Dynamic aperture of the storage ring VEPP-2M in round beam mode, Proc. of PAC'97, 5V007, p.1433
- Филиппов A.B., Мончинский B.A., Кузнецов А. Б., Оценка эффекта электронных облаков для коллайдера NIC А, Письма в ЭЧАЯ, Том 7, № 7(163).
- Р. Zenkevich et. al., Problems of Ion beam stability for MUSES storage rings, RIKEN-AF-AC-18, Ion bunch stability in the double storage ring, RIKEN-AF-AC-19, Feb. 2000.
- J. Bosser et. al., Stability of cooled beams, NIM A 441 (2000) 1−8.
- I.Meshkov, G. Trubnikov, V. Kekelidze, et al, NICA PROJECT AT JINR, Proceedings of COOL'2011, Alushta, Ukraine, М1 002, http://JACow.org
- S. Nagaitsev, Intrabeam scattering formulas for fast numerical evaluation, Physical Review Special Topics Accelerators and Beams, 8, 64 403 (2005).
- D. Mohl, G. Petrucci, L. Thorndahl, and S. van der Meer, Phys. Rept. 58 (1980).
- I.Meshkov, A. Sidorin, E. Syresin, T Tanabe, T.Katayama. Computer simulation of ECOOL and IBS process in ACR and DSR using BETACOOL program. RIKEN-AF-AC-21, April 2000
- Particle Accelerator Conference, Oak Ridge National Laboratory, Knoxville, USA. IBS FOR ION DISTRIBUTION UNDER ELECTRON COOLING, A.V. Fedotov, I. Ben-Zvi, Yu. Eidelman, V. N. Litvinenko, G. Parzen, A. Smirnov, G. Trubnikov, A. Sidorin, 4263−4265, 2005
- V.Parkhomchuk, New insights in the theory of electron cooling, NIM A 441 (2000)
- А. Кобец, А. Сидорин, Г. Трубников, H. Шурхно, О вопросах создания системы стохастического охлаждения пучков ионов на сверхпроводящем ускорительном комплекск Нуклотрон ОИЯИ, Журнал „Письма в ЭЧАЯ“, Изд: ОИЯИ, вып. 4, т.7, стр. 604, 2012 г.
- R.Stassen, R. Mayer, et al. Recent developments for the HESR stochastic cooling system, Proceedings of COOL, 2007, Bad Kreuznach, Germany, p. 191.
- Проект высоковольтной системы электронного охлаждения коллайдера НИКА Е. В. Ахманова, СЛ. Яковенко, и др., Журнал „Письма в ЭЧАЯ“, вып. 4, т.7, 2012 г.
- Khodzhibagiyan H.G. and Smirnov A.A., The concept of a superconducting magnet system for the Nuclotron, Proc. of the 12th Int. Cryogen. Eng. Conf., 1988, pp. 841−844.
- Г. В.Трубников, А. О. Сидорин,. А. В. Бутенко и др. „Итоги реализации проекта Нуклотрон-М“, Журнал „ЭЧАЯ“, 2012, т.43, вып № 4
- W. Hardt „А few simple expressions for checking vacuum requirements in a proton synchrotron“, ISR-300/GS/68−11.
- B.A. Мончинский „Вакуум в Нуклотроне“, Научно технический отчет НЭОН ЛВЭ, 2006.
- И.С. Дмитриев, А. И. Пикин, „Расчет потерь ионов от перезарядки при ускорении в синхротронах“. Сообщение ОИЯИ Р9−86−113, Дубна.
- А.Ф. Тулинов, B.C. Николаев, И. С. Дмитриев и др., Научный отчет по теме „Расчеты сечений перезарядки ионов и толщин перезарядных мишеней“, Москва, НИИЯФ МГУ, 1987.
- Технический отчет АСУ Нуклотрона. ЛФВЭ ОИЯИ, FOTON, „Vacuum Praha“, 2010, Дубна, ОИЯИ.
- Аверичев А.С., Агапов Н. Н., Алфеев А. В., Андреев В. А., Базанов A.M., Батин В. И., и др., Итоги 42-го и 43-го сеансов Нуклотрона, Сообщения ОИЯИ, Р9−2011−72, Дубна 2011
- G. Trubnikov, N. Agapov, A. Butenko,. A. Kovalenko et al. „PROJECT OF THE NUCLOTRON-BASED ION COLLIDER FACILITY (NICA) AT JINR“ Proceedings of IP AC'10, Kyoto, Japan, May 2010, p.693.
- A. Eliseev, N. Agapov, ., A. Butenko et al. „Results of the Nuclotron Upgrade Program“, Proceedings of the IP AC' 11, San Sebastian, Spain, September 2011, p.2508
- B.Franzke, IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-28, 2116 (1981).
- R.D. DuBois, O. de Lucio, M. Thomason, et al. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В 261 (2007) p.230−233.
- Афанасьев C.B., и др., Идентификация пучка ионов Хе на ускорительном комплексе нуклотрон-М ЛФВЭ ОИЯИ методом измерения полного пробега в веществе, журнал Письма в ЭЧАЯ, 2011 год, том 8, #2 (165), стр. 192
- В.Браднова, и др., Опытное облучение на Нуклотроне ОИЯИ ядерной эмульсии ядрами ксенона, журнал „Письма в ЭЧАЯ“, 2011 год, том 8, #6 (169), стр. 936
- А.А.Смирнов. НУКЛОТРОН новая технология сверхпроводящей магнитной системы синхрофазотрона. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 2001, т.32, вып.1. с.96−141.
- G. Dugan, М. J. Syphers, 50 TEV HIGH-FIELD VLHC WITH A LOW FIELD INJECTOR, Proceedings of the 1999 Particle Accelerator Conference, New York, 1999, pp. 2632−2634
- F. R. Huson, H. Bingham, J. Calvin, et al» SUPerferiC MAGNET OPTION FOR THE SSC, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-32, Ко. 5, October 1985
- Н.Н.Агапов и др. Бустерный синхротрон ускорительного комплекса NICA. Письма в ЭЧАЯ, 2010, т.7, № 7(163) с.723−730.
- G.Moritz, Fast-pulsed SC magnets, Proceedings of ЕР AC 2004, Lucerne, Switzerland, pp. 132 136
- В.Н.Карпинский и др. Развитие системы питания Нуклотрона. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 2010, т.7, № 7(163) с.835−842.
- Ривкин Г. А. Преобразовательные установки большой мощности. Госэнергоиздат. 1959.
- V. Gorchenko, V. Karpinsky, A. Kirichenko et al, Nuclotron Main Magnet Power Supply Control System. Proceedings of EPAC 1998, Stockholm, Sweden, pp. 1694 1696 (http://accelconf.web.cern.ch/ AccelConf/e98/PAPERS/TUP02L.PDF')
- Meshkov I., Seleznev V., Shurkhno N. et al. Stochastic cooling system prototype for Nuclotron, Proc. of RuPAC'10. Protvino. 2010. P. 73−76.
- F. Nolden, В. Franzke, A. Schwinn, F. Caspers, FIRST EXPERIMENTS ON STOCHASTIC COOLING OF HEAVY ION BEAMS AT THE ESR, Proceedings of EPAC'98, THP39G, p.1052, 1998, Stockholm, Sweden.
- M. Blaskiewicz, J.M. Brennan, P. Cameron, J. Wei, STOCHASTIC COOLING STUDIES IN RHIC, Proceedings of PAC'03, p.394, USA
- D.Mohl, Stochastic cooling, CERN Accelerator School 1993, P.587, CERN, Geneva, Switzerland
- Katayama Т., Tokuda N., Fokker-Planck approach for the stochastic momentum cooling with a notch filter, Part. Accel. 1987. Vol.21. P. 90−120.
- Goldberg D., Lambertson G., Dynamic devices: a primer on pickups and kickers // AIP Conf. Proc. 1992. Vol. 249. P. 537−600.
- Neuffer D., Calculations of pickups/kickers sensitivity, Fermilab. 1982.93. © 1998—2008 Wolfram Research, Inc., http://wolfram.com
- Stochastic cooling for HESR at the FAIR facility (H.Stockhorst, R. Stassen, D. Prasuhn, R. Maier, T. Katayama, L. Thorndahl, TU6PFP078, Proceedings of РАС'09, Vancouver, Canada.
- Brittner P., Greven R., Stassen R. et al. Recent developments for the HESR stochastic cooling system, Proceedings of COOL 2007, Bad Kreuznach, Germany. P. 191−193.
- Bechstedt U., Dietrich J., Henn K., et al., Optical Notch Filter for the Stochastic Cooling
- System of COSY, Proceedings of PAC. 1999. P. 1701−1703
- I.B.Issinsky and V.A.Mikhailov, «Conception of the 200 MeV/u Booster for the Nuclotron» Proc. of the 1991 IEEE Particle Accelerator Conf., San Francisco, v.5, p.2886.
- N.N.Agapov, A.V.Butenko, D. Dinev et al. «Rapid cycling superconducting booster synchrotron» Proceedings of EPAC 2000, Vienna, Austria, vol.1, pp.560−562.
- N.N. Agapov, A.V. Butenko, D. Dinev et al. «Magnetic Lattice of The Nuclotron Booster» Proceedings of the Int. Workshop, Sept. 2001, Varna, Bulgaria, vol.2, pp.187−193.
- A.V. Butenko, A.D. Kovalenko, V.A. Mikhaylov, V.A. Monchinsky, V.I. Volkov, V. Angelov, D. Dinev «Prospect of Upgrading the Nuclotron Beam Intensities» Proceedings of the Int. Workshop, 10−16 Sept. 2001, Varna, Bulgaria, vol.1, p.63.
- A.V.Butenko, I.B.Issinsky, H.G.Khodzhibagiyan et al. «Progress in the Nuclotron Booster design» Proceedings of EPAC 2002, Paris, France, vol.1, pp.596−598.
- A.Sidorin, N. Agapov, ., A. Butenko et al. «Project of the Nuclotron-based Ion Collider fAcility (NICA) at JINR» Proceedings of the RUPAC'10, Protvino, Russia, Oct. 2010, p.14.
- Gluckstern P.L. «Distribution of the maximum orbit distortion for random distributed misalignment» Particle Accelerators V.8, 1978, pp. 203−209.
- G.Trubnikov, A. Kovalenko, et al., Heavy ion collider project NICA/MPD at JINR (Dubna), Proceedings of the 35th International Conference of HEP, Paris, France. PoS (ICHEP 2010)523.3
- E.Mahner. «Heavy-ion induced molecular desorption: a review of three years of measurements at LINAC 3», 13th ICFA Beam Dynamics Mini-Workshop: «Beam Induced Pressure Rise in Rings», Brookhaven National Laboratory, December 9 -12, 2003
- E. Mahner. Technical Design of the LEIR Vacuum System. LHC-VAC/EM Vacuum Technical Note 2002−04.
- A.V. Philippov, A.B. Kuznetsov, V.A. Mikhaylov, et al., «Simulation of Au32+ beam losses due to charge exchange and dynamic vacuum in Nuclotron Booster», Proceedings of the RUPAC'10, Protvino, Russia, Oct. 2010, p.89.
- E. Mahner, J. Hansen, J.-M. Laurent, N. Madsen. «Molecular desorption of stainless steel vacuum chambers irradiated with 4.2 MeV/u lead ions», PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS ACCELERATORS AND BEAMS, VOLUME 6, 13 201 (2003).
- В.Н.Карпинский, Н. Г. Кондратьев, А. Л. Осипенков и др. «Развитие системы питания нуклотрона», Письма в ЭЧАЯ, ISSN 15 474 771, 2010, Т.7, № 7(163), стр.835−842.