Пучковый датчик для протонного накопителя SNS Докладчик: Малютин Дмитрий Алексеевич, аспирант НГУ, 3 год. Научные руководители: д.ф.-м.н. Диканский Николай Сергеевич, к.ф.-м.н. Логачёв Павел Владимирович, к.ф.-м.н. Старостенко Александр Анатольевич

Цель работы создание однопролётной неразрушающей системы диагностики (пучкового датчика) на основе тестирующего электронного пучка для измерения распределения заряда в поперечном сечении протонного пучка в накопительном кольце SNS

Существующие методы измерения поперечного профиля Проволочный сканер. Лазерный сканер. Ионизационный измеритель профиля. Измеритель профиля на основе электронного пучка. ….

Проволочный сканер V проволочка Протонный пучок ПлюсыМинусы Точнаяразрушающая интегральная

Лазерный сканер Пучок H – Пучок лазера Коллектор e – Измеритель тока H – Пучок e – h B ПлюсыМинусы для ионов с электронами интегральная

Ионизационный измеритель профиля ПлюсыМинусы неразрушающаяинтегральная E B МКП протонный пучок AAAAAAA

Измеритель профиля на основе электронного пучка B Источник электронов Ионный пучок Магниты Люминофор ПлюсыМинусы неразрушающаяинтегральная

ПлюсыМинусы неразрушающая однопролётная быстрая Пучковый датчик

FLFL ItIt IbIb FLFL FQFQ Y Z X vbvb Идея пучкового датчика

φ1φ1 s f(s,φ 1 ) Угол отклонения тестирующего пучка зависит от прицельного параметра, под которым он пролетает относительно протонного пучка. Зная зависимость ( ), можно вычислить профиль распределения заряда в поперечном сечении f(s). Проведя аналогичные измерения для разных углов φ, можно вычислить функцию f(s, φ), которая является преобразованием Радона искомой функции распределения заряда n(x,y). Вычислив обратное преобразование Радона от f(s, φ), получим искомое распределение заряда. s f(s,φ 2 ) φ2φ2

Протонный пучок Y X Электронный пучок Z – в области взаимодействия Идея пучкового датчика

Протонный пучок Y X Электронный пучок Z – на экране Идея пучкового датчика

~ Ug ~ U2 ~ U1 Схема пучкового датчика 1.Источник электронов 2.Система развёртки 3.Корректор 4.Квадруполи 5.Протонный пучок 6.Люминофор

Напряжения на пушке и развёртке t t Escan I I -t 0 +t 0 +E 0 -E 0 E E

Численное моделирование пучкового датчика РазвёрткаКвадруполь

Чертёж пучкового датчика

HVT PC Magnetic system power supply SM HVM HVT SM Magnetic system power supply Tunnel 1 2 SM Power supply Timing system 7d 1a 1f 1e 1f 1e 1g 1e 7d 1f 1a 1e 1f 1e 1g 1e Heat HVM 1e Service building

Временная диаграмма работы импульсных систем пучкового датчика

I = 28 A, N = 6*10 13, 600 оборотов, L = 500 нс Накопление протонов в кольце

I = 6.5 A N = 2*10 13 L = 500 нс

I = 10 A N = 3*10 13 L = 500 нс

Создан прибор для измерения профиля распределения заряда в поперечном сечении протонного пучка в накопительном кольце SNS. Предложен и проверен в работе способ быстрого параллельного сканирования электронным пучком с энергией до 200 кэВ. Написана программа, численно моделирующая работу прибора. Положения, выносимые на защиту

Впервые была разработана однопролётная неразрушающая диагностика, позволяющая измерять распределения заряда в поперечном сечении ионного пучка за 20* нс. Впервые был измерен профиль распределения заряда в поперечном сечении протонного пучка в накопителе SNS. Новизна полученных результатов 20* нс – фактическое время сканирования электронным пучком, реальное время получения искомого профиля складывается из предварительной подготовки импульсных систем пучкового датчика и временем экспозиции камеры, итого – около 3 мс.

Впервые измерен профиль распределения заряда в поперечном сечении протонного пучка при помощи пучкового датчика. В настоящее время это единственная диагностика в накопительном кольце SNS, которая позволяет быстро (время измерения составляет 20 нс) измерять вертикальный и горизонтальный профиль распределения заряда в поперечном сечении протонного пучка неразрушающим образом. Планируется дальнейшее развитие данной диагностики на SNS – модернизация, создание системы для томографии… Практическая важность

Основные результаты работы опубликованы в журналах: Приборы и техника эксперимента год, год, Вестник НГУ, серия физика, том 4, выпуск 1, 2009 год, докладывались на конференциях: RuPAC 2006 (Novosibirsk, Russia), ICALEPCS 2007 (Knoxville, USA), NANOBEAM 2008 (Novosibirsk, Russia), DIPAC 2009 (Basel, Switzerland). Апробация работы

Научные руководители: д.ф.-м.н. Диканский Николай Сергеевич, к.ф.-м.н. Логачёв Павел Владимирович, к.ф.-м.н. Старостенко Александр Анатольевич. Электронщики: Бак Пётр Алексеевич Алиновский Сергей Иннокентьевич Цыганов Александр Сергеевич Конструкторы: Шиянков Сергей Владимирович Горбовская Наталья Васильевна Вакуумщики: Антошин Андрей Викторович Копылов Валерий Иванович Благодарности Создатели источника электронов: Кузнецов Геннадий Иванович Тур Сергей Васильевич Американские коллеги: Александров Александр Данилов Слава Assadi Saeed Blokland Willem Webster Anthony Cousineau Sarah Murray Sydney