Минимизация роста эмиттанса в канале «бустер - Нуклотрон». Филатов Г.А.

Содержание. 1.Введение. 2.Основные формулы, используемые в моделировании динамики пучка. 3.Список и краткое описание созданных программ. 4.Канал с первым вариантом инжекции. 5.Канал со вторым вариантом инжекции. 6.Сравнение результатов моделирования каналов. 7.Заключение. 2

Ускорительный комплекс NICA. 3 1-Ускоритель тяжелых ионов HILac 6 МэВ/н. 2-Бустер 600 МэВ/ н. 3 – Нуклотрон 4,5 ГэВ /н. 4-Коллайдер. 5- Детокторы SPD и MPD в точке пересечения колец коллайдера. Введение

Задача перевода пучка из бустера в Нуклотрон. 4 Задачи канала: 1)Транспортировка пучка из бустера в Нуклотрон. 2)Изменение зарядности пучка с помощью станции обдирки. 3)Сепарация зарядностей. Шестой прямолинейный промежуток Нуклотрона. F –фокусирующий, D – дефокусирующий квадруполи. Бустер и Нуклотрон в окрестности канала транспортировки.

Параметры и характеристики пучка транспортируемого каналом. Сорт частиц – ионы Золота, с зарядом:До стрипера:32После стрипера:79 Магнитная жескость пучка:До стрипера:25 Тл/мПосле стрипера:10,1 Тл/м Энергия пучка:600 МэВ/н Параметры пучка на входе в канал: Значения эмиттансов:Зависит от режима инжекции пучка в бустер и охлаждения пучка. Отн. отклонение по импульсу:Зависит от режима инжекции в бустер и охлаждения пучка. Параметры Твисса на входе в канал: м-2.34Dx-0.94 мD`x м0.5Dy0 мD`y0 Требуемые параметры пучка на выходе из канала: Значение эмиттансов:Зависит от начальных эмиттансов и от параметров канала. Относительное отклонение по импульсу:Зависит от параметров на входе и пар-в канала. Требуемые параметры Твисса на выходе канала первого варианта инжекции в Нуклотрон м2.02Dx-2.61 мD`x м-0.566Dy-0.44 мD`y0.34 Требуемые параметры Твисса на выходе канала второго варианта инжекции в Нуклотрон м-0.571Dx мD`x м2.041Dy0.06 мD`y0.12 5

Причины роста эмиттанса в канале. 6 - значение эмиттанса, -угол поворота магнитов.

2.Основные формулы используемые в моделировании динамики пучка. Формирование сигма – матрицы на основе параметров пучка. Расчет значения сигма-матрицы для участка канала. Расчет значения сигма-матрицы с учетом влияния станции обдирки. -угол рассеяния, - изменение относительного отклонения по импульсу. -матрица преобразования элемента, М - матрица преобразования участка канала. 7

Рост эмиттанса в результате не согласования с требуемыми значениями. Представление пучка в виде эллипса на фазовой плоскости. 1-Требуемый пучок, 2 – полученный пучок, 3 –Пучок в результате несогласования. Увеличение эмиттанса в результате не- согласования по параметрам. Увеличение эмиттанса в результате не- согласования дисперсий. 8

О модифицированном методе Эдвардса – Тенга, использующемся в MAD. Основные функционалы, используемые для минимизации эмиттанса в канале «бустер - Нуклотрон». 9

3.Список и краткое описание созданных программ. 1)С целью проектирования геометрии канала для удобства и уменьшения времени расчетов была создана специальная программа. 2)Программа определяющая значения параметров стрипера, влияющих на динамику пучка. 3) Программа для оптимизации параметров канала. Недостаток программы: Возможность определения параметров пучка только в конце канала. Достоинство программы: Относительно быстрая скорость расчетов, возможность оптимизации канала (уменьшение роста эмиттанса) с помощью любого численного метода. 4) Программа для вычисления параметров пучка в любой точке канала. Недостаток программы: Медленная скорость расчетов. Достоинство программы: Возможность наглядного представления параметров пучка вдоль всего канала. 5) Программа, использующая модифицированный метод Эдвардса –Тенга. (Для проверки динамики пучка) 10

Пример использования программы для оптимизации параметров канала. 11

Пример использования программы для вычисления параметров пучка в любой точке канала. Bx,By – бетатронные функции, Dx,Dy- дисперсионные функции, ax,ay – размеры пучка, Ex, Ey- горизонтальный и вертикальный эмиттанс, S- длина канала. 12

4.Канал с первым вариантом инжекции. Максимальные значения квадрупольных коэффициентов и градиентов квадруполей, полученные в результате оптимизации для различных режимов работы канала. D-Свободный промежуток, Q – квадруполь, B – поворотный магнит, Lam – магнит Ламберсона, Rot – поворот системы координат. 13

5.Канал со вторым вариантом инжекции. Максимальные значения квадрупольных коэффициентов и градиентов квадруполей, полученные в результате оптимизации для различных режимов работы канала. D-Свободный промежуток, Q – квадруполь, B – поворотный магнит, Lam – магнит Ламберсона, Rot – поворот системы координат. 14

6.Сравнение результатов реализованных каналов. Пояснения к принятым обозначениям: 1в. – первый вариант канала, 2в. - второй вариант канала. Stripper – влияние стрипера. Coupling – влияние связи движений. Mismatch – влияние несогласования пучка со структурными функциями Нуклотрона. Total – суммарный относительный рост поперечных эмиттансов. Ex(--) – горизонтальный эмиттанс. Ey(--) – вертикальный эмиттанс. Режим: 1- без стрипера, 2- с углеродным стрипером. А- Ex=2.876, Ey= Б- Ex=0.192, Ey= В- Ex=0.096, Ey= a,b,c – значения относительного отклонения по импульсу – 0.7*10^-4, 1.5*10^-4, 3*10^-4. Все значения эмиттансов представлены в πмммрад. 15

Заключение. 1.Выбрана геометрия. 2.Разработано и протестировано программное обеспечение для расчета каналов с обдирочной станцией и связью движения. 3.Проведена оптимизация двух вариантов канала для разных режимов работы бустера. Показана техническая реализуемость магнитных элементов канала с требуемыми параметрами. Значения эмиттансов после инжекции в Нуклотрон составляют 1-5 πмммрад при аксептансе Нуклотрона 50 πмммрад. 4.Гарантирует перевод пучка с минимальными потерями. 16

Спасибо за внимание. 17