На комплексе NICA получено электронное охлаждение тяжелых ионов ксенона
В ходе 4-го сеанса пусконаладочных работ на комплексе NICA на ускорителе Бустер было оптимизировано электронное охлаждение ионов ксенона 124Хе28+. Достигнутое уменьшение размера пучка в Бустере привело к более эффективному переводу его в Нуклотрон, что примерно в полтора раза повысило интенсивность ускоренного пучка. Само охлаждение ксенона было получено в декабре, сейчас же его оптимизировали и оценили при помощи дополнительной диагностики, которая позволяет более точно провести количественную обработку результатов. При этом при выводе пучка на детектор эксперимента BM@N скорость регистрируемых событий возросла вдвое – это позволит быстрее набрать необходимую статистику.
Настройка электронного охлаждения была осуществлена в ходе текущего сеанса пуско-наладки на NICA при работе ускорительного комплекса на эксперимент BM@N в так называемом «фоновом» режиме. «Результат действительно выдающийся, как видно по иллюстрациям, сгусток ускоренных частиц, первоначально занимающий примерно половину размера высокочастотной области захвата, сжимается в одну десятую за время циркуляции пучка», – прокомментировал полученный результат заместитель начальника ускорительного отделения ЛФВЭ ОИЯИ Анатолий Сидорин.
Эксперименты по электронному охлаждению ионов гелия, углерода и железа проводились под руководством Игоря Мешкова — одного из пионеров метода – с первого сеанса на Бустере. Эффект охлаждения контролировался по ионизационному профилометру и был надежно зафиксирован. Получение проектного темпа охлаждения требует точного выравнивания ионного и электронного пучков.
Электронное охлаждение широко применяется в мире, однако после пионерских исследований в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера на территории России больше не использовалось. В ИЯФ было создано несколько систем для европейских стран и Китая. Сейчас благодаря проекту NICA эта технология вернулась на свою родину. Преимущество системы охлаждения Бустера – это высочайшее качество магнитного поля в секции охлаждения, что приводит к более быстрому охлаждению.
В текущем сеансе команда проекта добилась заметных успехов в решении задачи непрерывной работы системы охлаждения в течение всего сеанса. Одной из проблем при работе систем электронного охлаждения является высокая мощность электронного пучка в секции охлаждения. Система работает в режиме рекуперации энергии электронов. То есть сначала электроны ускоряются, а потом тормозятся. Тепловая нагрузка на коллекторе электронов небольшая, и с выделением газа из стенок коллектора система откачки легко справляется. Но в секции охлаждения мощность электронного пучка может составлять несколько десятков киловатт в Бустере и до двух мегаватт, если говорить о системе охлаждения коллайдера. «Проще говоря, если вы неверно направите пучок и где-то заденете стенку вакуумной камеры, то у вас тут же резко ухудшатся вакуумные условия, закроются шибера на входе и выходе секции, и весь ускорительный комплекс на какое-то время будет остановлен. Поэтому долговременная стабильность работы всех источников питания и профессиональная подготовка персонала выходят на первое место», – рассказал Анатолий Сидорин.
Для прецизионной настройки и точного измерения всех характеристик системы требуется развитие диагностики ионного пучка в Бустере и проведение измерений при специально подобранных параметрах цикла магнитного поля. Поэтому специалисты проекта говорят о том, что было бы полезно для комплексного тестирования провести отдельный сеанс на Бустере именно по электронному охлаждению. Следующий этап – это реализация охлаждения при энергии ионов примерно 60 МэВ/н, что необходимо для работы комплекса при инжекции пучка в коллайдер.
Стоит отметить, что разработанная система электронного охлаждения может применяться не только в физике высоких энергий. Одно из ее применений, которое сейчас находится на стадии изучения, — это ядерная медицина. При помощи электронного охлаждения можно сформировать очень маленький, доли миллиметра, по поперечным размерам пучок ионов для радиационной терапии и тогда облучаемая область может быть локализована с высокой точностью.
Фото: Пресс-центр ОИЯИ