Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 2 изображена типичная зависимость В и to от времени. Эта зависимость обычно носит периодич.
Рис. 2. Рабочий цикл протонного синхротрона; 1 — пауза; 2 — инжекция; S — ускорение; 4 — медленный вывод; J — спад
поля.
характер (в совр. С, п. возможны и более сложные режимы) и называется рабочим циилом (или циклом _ ускорения). После паузы 1 магн. поле начинает -530 возрастать и при подходящем его значении происходит
инжекция 2, в течение к-рой вакуумная камера С. и. заполняется частицами, поступающими от предварит, ускорителя. В С. п. иа умеренную энергию (аГэВ) « качестве инжекторов обычно используются резонансные линейные ускорители’ в С. п. на высокую и сверхвысокую энергию широко применяют иаскадиые схемы, в к-рых инжектором основного С. п. является небольшой С. п.— бустер. Под действием ускоряющего ВЧ-поля инжектируемые частицы группируются в q сгустков; при этом теряется часть пучка, оказавшаяся вне сепаратрис, ограничивающих области устойчивости продольных колебаний. Захваченные в режим ускорения частицы ускоряются ВЧ электрич. полем, частота и-рого в соответствии с ф-лами (1) и (2) синхронизуется с маги, полем системами автоподстройки по пучку. Во время захвата и ускорения 3 частицы могут быть потеряны под действием ряда факторов: рассеяния ва остаточном газе, влияния возмущений маги, и ускоряю-щего полей, коллективных эффектов, вызванных собств. полем пучка, его взаимодействием со стенками вакуумной камеры и т. д. После окончания стадии ускорения частицы выводятся (4) из С. п. и направляются пользователям: для физ. экспериментов, инжекции в др. ускоритель и т. д. В связи с тем что детекторы имеют ограниченную скорость счёта, на совр. С. п. широко используются схемы медленного вывода, растягивающие процессы вывода частиц до иеск. секунд или более. Индукция маги, поля в течение медленного вывода ие меняется (выходит «на площадку»).
Совр. 0. п, представляет собой сложное инженерное сооружение, включающее целый ряд техн. систем: маги, систему, систему ускорения, вакуумную систему, системы инжекции и вывода, систему диагностики пучка, систему контроля и управления н т. д. Рассмотрим кратко две осн. системы: магнитную и систему ускорения.
Магинтяая система обеспечивает поворот и фокусировку частиц. Жёсткость фокусировки определяется бетатроииыми частотами Qr и Qz — числом поперечных (радиальных и аисиальиых) колебаний иа оборот (см. Бетатрон). В соответствии с историч. традицией различают С. п. со слабой фокусировке! (в старой отечеств, литературе — синхрофазотрон ы), у и-рых Qr и Q1 < 1, и С. п, с сильной фокусировкой (@ > 1) (см. Фокусировка частиц в ускорителе). Для создания сильной фокусировки применяют магниты, у к-рых градиент магн. поля мне-го кратно меняет знак (см. Знакопеременная фокусировка). В качестве элементов магн. системы используются либо магниты с совмещёнными ф-циями, в к-рых создаётся магн. поле, имеющее как поворачивающую Bz, так и фокусирующую OBJdr составляющие, либо магниты с разделёнными ф-циямн, т. е. дипольные поворачивающие магниты без градиента (dBJdr = 0), н квадрупольные фокусирующие лиизы, ие имеющие поворотного маги, поля (Bz = 0).
Магинты в ускорителях объединяют в периодич. группы сложной конфигурации (периоды и суперперио-ды маги, системы); иногда в С. п. иа сверхвысокую энергию применяются и иепериоднч. группы («вставки»), в к-рых размещаются спец. системы для исследования встречных пучков, мощные ускоряющие системы, системы аварийного вывода пучка и т. д. Магн. система включает также элементы (в виде отд. магнй-TOB* дойолнит. обмоток, 1ПHMM и т. д.) для Коррекции возмущений магн. поля иа орбите, вызванных cnctfe-матич. илн случайными ошибками в поле магнитов, ошибками их установки и т, д. Погрешности магн. систем становятся особенно заметными, если числа бетатрой-ных колебаний Qr и Qz приближаются к целым (резонансное влияние погрешностей в нидукцнн магн, поля) и полуцелым значениям (погрешности в величине дВг/дг).
Ускоряющая система обеспечивает ускорение частнц, а также устойчивость синхротронних (радиально-фазовых) колебаний импульса и продольной координати
частицы около равновесного значении, соответствующего центру ускоряемого «густка. Ускоряющая система состоит из нескольких или многих ускоряющих станций, возбуждающих нагруженные или полые (в ультрарелятивистских С. п.) резонаторы. Резонаторы располагаются в промежутках между элементами магн. системы. Для управления частотой резонаторов широко применяется подмагинчивание ферритов, к-рыми нагружается резонатор. Частота резонатора синхронизуется с частотой обращения частиц с помощью спец. систем автоподстройки. Погрешности и шумы в частоте, напряжении и др. параметрах ускоряющей системы приводят к шумовой раскачке амплитуды синхротронних колебаний. Стабилизирующим фактором является затухание фазовых колебаний, происходящее при увеличении полной (в релятивистском смысле) энергии частиц (~^~7«).
Основные характеристики протонного синхротрона. Наиб, важные характеристики ускорителей — предельная энергия и интенсивность ускоренного пучка. Совр. С. п. позволяют достичь самых высоких (в принципе неограниченных) значений энергии; интенсивность же С. п. слишком мала для их техи. применения. Поэтому оси. приложение С. п. — физика частиц высоких энергий. Как видно из (1), для повышения энергии необходимо увеличивать магн. жёсткость (B(x)R(x)). Обычные железные магниты не позволяют достичь величии индукций, существенно превосходящих 2 Тл; поэтому в С. п. на сверхвысокие энергии используются сверхпроводящие магниты, индукция к-рых может достигать 6—8 Тл. Радиус С. п. также возрастает: предполагается, что в проектируемой в США установке SSC ср. радиус (R) будет равен 13,8 км. В связи с увеличением размеров установки стоимость С. п. также растёт, одяако ие очень быстро, т. к. размеры вакуумной камеры (и, следовательно, апертура магнитов) при этом, кан правило, несколько сокращаются. Уменьшить размеры вакуумной камеры можио, сокращая размеры инжектируемого пучка (прн иижекции из бустера этому способствует уменьшение размеров пучка, происходящее при его ускорении ~ р'7>). Среди др. применяемых мер укажем иа усовершенствование методов коррекции возмущений маги, поля, улучшение вакуума и связанное с этим уменьшение рассеяния на остаточном газе.
