Введение к работе
Актуальность. Ьажпейшим направлением исследований строения мн-п-рии, структуры вещества и действующих внутри него сил является физика высоких энергий. Основной инструмент для экспериментальных исследований в этой области — ускорители заряженных частиц. Прогресс в физике высоких энергий связан с возможностью изучения все более мелких деталей строения материи. Единственный путь для этого — сооружение все более мощных ускорителей, повышение энергии и интенсивности ускоряемых частиц. Современной физике требуются ускорители с энергиями в сотни и тысячи миллиардов электрон-вольт. Масштабы таких ускорителей выходят за рамки лабораторных установок, они превращаются в гигантские промышленные объекты с большим набором сложнейших электрофизических систем. Одна из таких систем ускоряющая. Она во многом определяет предельные параметры ускорителя, его стоимость, экономичность, надежность.
Проектирование ускоряющей системы каждого крупного ускорителя является результатом компромисса при жестких, порой противоречивых требованиях к отдельным параметрам. В связи с этим, как правило, каждая вновь разрабатываемая ускоряющая систе.ч.а уникальна.
Практической целью данной работы стала разработка ускоряющей структуры для сооружаемого в ИФВЭ ускорительно-накопительного комплекса протоиов на энергию 3000 ГэВ (УЫК).
Научная новизна. Впервые в качестве ускоряющей структуры для циклического ускорителя на сверхвысокую энергию применена система из двух неперсстра-пваемых в цикле ускорения резонаторов, связанных направленным ответвитслем с равным делением мощности (3-децибелькый квадратурный мост).
Проведено теоретическое исследование работы такой ускоряющей структуры в условиях сильной импульсной нагрузки пучком при наличии погрешностей ее изготовления и настройки. Определены режимы настройки резонаторов в зависимости от тока ускоряемого пучка, для минимизации потребляемой в цикле ускорения мощности от ВЧ-геиератора.
Практическая ценность работы. В результате проведенных исследований разработана ускоряющая структура УНК и начато ее изготовление.
На основе разработанной структуры построена станция перегруппировки пучка действующего протонного синхротрона ИФВЭ на энергию 70 ГэВ. Станция работает в течение нескольких лет, на ней ведутся исследования по перегруппировке ускоренного пучка на частоту 200 МГц для инжекции в УНК. Кроме того, станция перегруппировки пучка успешно используется для улучшения временной структуры пучка при его медленном выводе на физические установки.
Основные результаты, представленные к защите:
1.Разработана и исследована ускоряющая структура для ускорительно-накопительного комплекса ИФВЭ, состоящая из двух резонаторов, связанных через 3-децибельный мост и запитываемых мощным ВЧ-генератором через длинный фндер. Разработана методика настройки такой структуры в условиях сильной нагрузки пучком и при изменении частоты ускоряющего поля в цикле ускорения.
2.Разработаны и исследованы ускоряющие резонаторы и важнейшие ВЧ-узлы: вводы мощности, перестраиватели собственной частоты резонаторов, демпферы высших мод.
3.Разработан и установлен на действующем протонном синхротроне У-70 прототип ускоряющей структуры УНК (станция перегруппировки пучка на 200 МГц).
Апробация работы и публикации. Положенные в основу диссертации результаты докладывались на 6 - 14 Всесоюзных совещаниях по ускорителям заряженных частиц, на Европейских конференциях по ускорителям (ЕРАС 92, Berlin и ЕРАС 94, London), на Пятом ежегодном международном индустриальном симпозиуме по SSC (IISSC 1993, San Francisco), на Международной конференции по ускорителям (РА. С 93, Washington), а также опубликованы в журналах и в виде препринтов [1-14].
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Изложена на 77 страницах, содержит 34 рисунка. Список литературы состоит из 63 наименований.