УСКОРИТЕЛЬ ПРОТОНОВ BWLAP/ABC3(2)D для ЯРТ энергетики. - презентация

1

2 УСКОРИТЕЛЬ ПРОТОНОВ BWLAP/ABC3(2)D для ЯРТ энергетики

3 FW and BW schemes В конструкциях линейных ускорителей используют всего три метода : -ускорение на прямой волне; - ускорение на стоячей волне; -ускорение на обратной волне. Метод ускорения на обратной волне и конструкции ускорителей закреплены за СССР (Россией) 20-ю авторскими свидетельствами и патентами.

4 DTL – Alvarez 150 MHz

5 Суть метода BWLAP(D) заключается в ускорении элементарных частиц (протонов, дейтронов…) электрическим компонентом электромагнитной волны, бегущей (распространяющейся) в том же направлении и с той же увеличивающейся скоростью, что и ускоряемые ионы. При этом источник электромагнитных колебаний устанавливают на конце ускорителя, противоположном инжекционному, и волна бежит навстречу потоку энергии – тем самым волна (пространственная гармоника) является обратной (противоположно направленной) по отношению к направлению потока энергии. УСКОРИТЕЛЬ НА ОБРАТНОЙ ВОЛНЕ BWLAP/ABC3D УСКОРИТЕЛЬ НА ОБРАТНОЙ ВОЛНЕ BWLAP/ABC3D ЦНИИ «Комета» и СО РАН

6 ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА BWLAP(D) Метод позволяет: 1.Решить проблему продольной и поперечной устойчивости ускоряемых ионов. 2.Осуществить 95%-ный захват инжектируемого непрерывным потоком в ускоритель пучка ионов в режим устойчивого ускорения. 3.Увеличить в 10 раз частоту ускоряющего ионы высокочастотного поля и осуществить ускорение ионов в дециметровом диапазоне длин волн. 4.Уменьшить более чем на порядок поперечные размеры ускоряющих структур. 5.Уменьшить почти на порядок продольные размеры ускорителя (при том же к.п.д. преобразования ВЧ-мощности в кинетическую энергию пучка, как и в 1880-метровом Лос-Аламосском гиганте).

7 6.Применить для поперечной фокусировки пучка продольное стационарное магнитное поле, минимизирующее рост продольного фазового объема пучка (r*r'). 7.Решить проблему сейсмоустойчивости ГэВ-ного уровня ускорителей. 8.Решить проблему минимизации токоосаждения в ускорителе. 9.Улучшить планируемые эксплуатационные характеристики ускорителя. 10.Осуществить перевод сгустков из секции в секцию (в многосекционных ускорителях) «методом инжектирования пучка в центр сепаратрисы» и тем самым минимизировать рост продольного фазового объема пучка (ΔW*Δφ), обеспечить чрезвычайно низкую чувствительность характеристик ускоряемого пучка к ошибкам установки значений «ВЧ-фаз ввода пучка в секцию» и к уровню установленной ВЧ-мощности в секциях. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА BWLAP(D) (продолжение) Метод позволяет:

8 Scheme of BWLAP/ABC2D 4 RF 1300 MHz 10 MW, 750 RF 3900 MHz 10 MW & 750 waveguide bridges] 4 RF 1300 MHz 10 MW, 750 RF 3900 MHz 10 MW & 750 waveguide bridges] 10 ГэВ – 60м × 24м × 6м 1400MeV 2500MeV 9800MeV

9 Scheme of BWLAD/ABC3D 0.3 ns PROTON MONOPULSE ( ) 1300 MeV [ 1 RF fo ( ) MW ΔW =100 MeV ][13 RF 2fo (5-10) MW + 11 RF BRIDGES] [ 1 RF fo ( ) MW ΔW =100 MeV ][13 RF 2fo (5-10) MW + 11 RF BRIDGES] Sections 1-8 RF 1300 MHz Sections 9-33 RF 2600 MHz Injector 1300 MeV RF-klystron 1300 MHz 30 m 52 MeV Bend magnets 0.32 MeV 100 MeV

10 ACCELERATING AND FOCUSING MODULE (CRYOSTAT) 1. Protective thermoradiation-including mylar-film shield 2. Ln2 - tank 3. LHe - tank 4. Superconducting Solenoid 5. Accelerating structure 6. Kryostat 7.Thermoinsulator 8.Thin-walled sleeve 9. Bean axis 10. Support pin 11. Vacuum chamber

11 Опытная установка BWLAP

12 ACCELERATOR ELEMENTS

13 ACCELERATOR ELEMENT

14 Сравнение эффективности ускоряющих структур Кпд=I*E cos φ/(I*E cos φ+E 2 /Z sh )I/(I+E/Z sh ) BW (D.Tronc) 3000MHz

15 Цель - УСКОРИТЕЛЕСТРОЕНИЕ n Создание n Создание уникальных линейных ускорителей протонов/дейтронов, имеющих : высокуювысокую надежность, экономичность и экологическую чистоту простотупростоту и безопасность обслуживания низкуюнизкую себестоимость малыемалые весогабариты широкийширокий спектр практического приме- нения

16 Области применения Области применения n ядерная n ядерная энергетика ЯРТЯРТ – релятивистская ядерная энергетика созданиесоздание взрывобезопасных подкри- тических ядерных реакторов переработкапереработка отходов ядерного произ- водства и оружейного плутония практическипрактически неиссякаемое воспроиз- водство ядерного горючего для АЭС

17 Области применения n материаловедение дефектоскопиядефектоскопия производствопроизводство высокочистых хими- ческих веществ, в том числе ста- бильных и короткоживущих изотопов для нужд микроэлектроники и меди- цины обработкаобработка материалов, изменение их физических и химических свойств

18 Области применения n медицина производствопроизводство медпрепаратов на осно- ве короткоживущих изотопов, в том числе для позитронно-эмиссионной томографии протонно-лучеваяпротонно-лучевая терапия (лечение онкологических и нейрохирургических заболеваний заболеваний – без ножа и крови) созданиесоздание мобильных госпиталей про- тонно-лучевой терапии

19 Области применения n в n в космосе санациясанация околоземного пространства инспекцияинспекция искусственных спутников Земли на орбите селекцияселекция реальных и ложных целей исследованиеисследование различных космических объектов и явлений

20 Области применения n контроль n контроль за расщепляющимися и взрывчатыми материалами контрольконтроль за перемещением (распро- странением) ядерного оружия и рас- щепляющихся материалов в рамках международных договоренностей досмотрдосмотр грузового транспорта и кон- тейнеров, в том числе в движении

21 Состояние работ по программе n На n На текущий момент созданы два опытных образца, на которых отработаны все технологические приемы и методики для перехода к полномасштабному серийному производству ускорителей BWLAP с различными эксплуатационными характеристиками.

22 Главные преимущества n программа n программа комплексная, охватывает несколько самостоятельных направ- лений коммерческой деятельности, что позволяет без особого риска поэтапно привлечь для ее реализации значительные капиталовложения на длительный срок в рамках отдельных высокоокупаемых проектов.

23 Главные преимущества n программа n программа затрагивает глобальные проблемы экологической и ядерной безопасности, безопасности, лечения рака, рака, борьбы с наркотиками и распространением расщепляющихся материалов, материалов, что предусматривает международную ко- операцию и вовлечение в программу иностранного капитала.

24 Ускорители для ЯРТ и подкритических реакторов и трансмьютеров ОЯТ: мощность в пучке – MW Протонно-лучевая терапия: энергия в пучке – 250 МэВ Производство изотопов BWLAP 20 МэВ Ускорители для исследований и прототипов ЭЯУ: мощность в пучке – MW Комплексная программа создания многофункциональных ускорителей (основные направления развития отрасли ускорителестроения) Программа – $40М Программа $30M Программа - $50M Программа – $2 – 2,5B Программа – $10-12B Программа – $40М Программа $30M Программа - $50M Программа – $2 – 2,5B Программа – $10-12B Установка - $10M Установка - $4,5M Установка - $12-15M Установка – $0,6 -0,8B Установка – $1 – 1, 6 Установка - $10M Установка - $4,5M Установка - $12-15M Установка – $0,6 -0,8B Установка – $1 – 1, 6 Сроки – 2–3 года Сроки – 3-5 лет Сроки – 7-8 лет Сроки – 8 –11 лет Сроки – лет Сроки – 2–3 года Сроки – 3-5 лет Сроки – 7-8 лет Сроки – 8 –11 лет Сроки – лет Рынок: Рынок: Рынок: Рынок: Рынок: N N– 1000 N – 500 N – 500 N – 1000 N N– 1000 N – 500 N – 500 N – 1000 $ - 2B $ - 4.5B $ - 7.5B $ B $ - 1T $ - 2B $ - 4.5B $ - 7.5B $ B $ - 1T лет МэВ 7 – 20 МэВ

25 «Черномырдин – Гор»