Лаборатория Ядерных Проблем им. В.П. Джелепова

Научно-Экспериментальный Отдел Новых Ускорителей

ОИЯИ

 

 

Главная

Об отделе

Новости

Сотрудничество

Научная работа

Публикации

Фотоархив

Сотрудники

Контакты

 

К 50-летию Научно-экспериментального отдела

Новых Ускорителей ЛЯП

          В 1953 г., после увеличения диаметра полюсов магнита синхроциклотрона ЛЯП до 6 м и существенной реконструкции его ВЧ-системы, был введен в действие протонный вариант ускорителя на энергию протонов 680 мэВ с интенсивностью пучка протонов    0,25÷0,3 мкА; на то время синхроциклотрон ЛЯП стал самым мощным ускорителем протонов в мире.

       Одновременно с проведенной реконструкцией магнитной и ВЧ-систем, В.П.Дмитриевским на синхроциклотроне был осуществлен новый регенеративный метод вывода частиц из ускорителя, что позволило увеличить интенсивность выведенного пучка в десятки раз. В зале ускорителя был создан экспериментальный павильон, отделенный от ускорителя четырехметровой стеной из тяжелого бетона и закрытый толстым 1,5 м бетонно-потолочным перекрытием. В этот зал были выведены с помощью отклоняющего магнита и коллиматоров 14 пучков протонов, пионов и нейтронов различных энергий. Это открыло большой простор для исследований не только физиков ЛЯП, но и ученых из Москвы, Ленинграда, Харькова и других городов.

        Годом раньше, в 1952 г., появилась публикация М. Ливингстона с сотрудниками о  предложении: использовать жесткую фокусировку в кольцевых протонных синхротронах с целью значительного снижения веса используемых в них магнитов. Это предложение по жесткой фокусировке в ускорителях создавало предпосылки для использования специальных структур магнитного поля и в других классах ускорителей с целью увеличения достижимых в них энергий и интенсивностей ускоренных пучков.

          К обсуждению возможностей и перспектив жесткой фокусировки для ускорителей со сплошным магнитом (циклотрон, синхроциклотрон) директор ЛЯП М.Г. Мещеряков привлек академика И.В. Курчатова, который продолжал поддерживать связь с работами, проводимыми в ЛЯП по всем направлениям. Специальные мини-семинары по проблемам жесткой фокусировки в ускорительной технике, проходившие с участием И.В.Курчатова, завершились поручением дирекции ЛЯП создать специализированное подразделение с целью разработки и создания в нем циклотрона со спиральной структурой магнитного поля.

       Структурная перестройка отдела, занимавшегося сооружением, эксплуатацией и совершенствованием синхроциклотрона, началась в 1954 г. и завершилась к 1956 г. одновременно с вступлением ЛЯП в ОИЯИ.

   Из отдела эксплуатации синхроциклотрона была выделена группа инженеров и разработчиков по направлениям: формирование и расчеты магнитных полей сложных конфигураций, создание приборов для измерения в них полей с высокой степенью точности, по расчетам и созданию высокочастотных ускоряющих полей, систем радиоэлектроники и специализированных ионных источников для ускорителей различных конструкций.

 Во главе этого коллектива с 1955 г. встал Виталий Петрович Дмитриевский, на то время к.ф.-мат. наук. Этот коллектив несколько позже стал называться Отделом Новых Ускорителей.

        В 1955 г. выходит в свет работа Д. Керста и К. Саймона, в которой с целью повышения энергии в циклотронах предложена пространственная вариация магнитного поля, т.е. такое магнитное поле циклотрона, которое изменяется как по азимуту, так и по радиусу. В том же году выходит отчет ИЯП АНССР №167 В.П. Дмитриевского: «О предельной энергии частиц в ускорителях типа циклотрон с пространственной вариацией магнитного поля».

        В 1955-1958 гг. Отделом новых ускорителей ведутся интенсивные исследования как по теории движения частиц в магнитных полях сложных конфигураций, так и стендовые испытания структур со спиральной вариацией магнитного поля, создаются модели этих полей, приборы способные измерять величины магнитного поля с высокой точностью и т.д. Одновременно на магните классического циклотрона У-120 создается модель циклотрона со спиральной структурой магнитного поля. Итогом этих работ в 1958 г. был успешный запуск первого в мире изохронного циклотрона со спиральной структурой магнитного поля, на котором были ускорены дейтроны до энергии 12 МэВ при наборе энергии за оборот 5 кэВ. Это означало, что спиральная структура магнитного поля способна обеспечить устойчивое ускорение частиц в циклотронном режиме на протяжении нескольких тысяч оборотов, по сравнению со 100 оборотами классического циклотрона или несколькими сотнями оборотов для структуры магнитного поля типа Томаса.

        Успехи теории фазового движения и пространственной устойчивости в магнитных полях со спиральной структурой магнитного поля, развитой в Дубне, Харуэлле (Англия) и Ок-Ридже (США), а также экспериментальное подтверждение возможности изохронного ускорения практически до 1 ГэВ вдохновили мировую научную общественность на создание новых приборов для научных исследований, так называемых мезонных фабрик, т.е. мощных ускорителей на энергию до 1 ГэВ с токами ускоренных в них частиц, превышающими на 3 порядка токи, которые были получены на синхроциклотронах.

       В начале шестидесятых годов разрабатывается сразу 4 проекта мезонных фабрик: в          Ок-Ридже под руководством Р.С. Ливингстона (Мс), в Дубне под руководством В.П.Дмитриевского (РЦ), в Лос-Анжелесе (Н) под руководством Р. Ричардсона, в Цюрихе под руководством Г. Виллакса (SIN).

       В дальнейшем решениями правительств различных стран к реализации были приняты только два из выше перечисленных проектов, это: (Н), строительство которого было перенесено в Канаду (ныне известен как проект ТРИУМФ) и шедевр мезонной фабрики SIN, ныне (PSI), который плавно прошел все стадии от проектирования до строительства, имея лучшие параметры как по интенсивности ускоренного пучка, по коэффициенту вывода пучка, близкого к 1, так и по потерям пучка в процессе ускорения.

      В 1958-1962 гг. под руководством Б.И. Замолодчикова на синхроциклотроне ЛЯП, были проведены работы, результаты которых привели к десятикратному повышению интенсивности ускоренного внутреннего пучка протонов синхроциклотрона.  Работы проводились в три этапа. На первом этапе ток пучка был увеличен с 0,25 мкА до 0,8 мкА за счет изменения формы «кривой частота-время» на захвате. На втором этапе работ – была изменена форма статорных пакетов вариатора частоты, тем самым удалось устранить фазовые потери тока пучка на средних радиусах 40-80 см, что привело к его повышению на конечном радиусе ускорителя до величины 1,2 мкА. Третий этап заключался в постановке в центральную область синхроциклотрона специальных электростатических электродов, которые увеличили фокусировку по вертикали. При значении фокусирующего напряжения на электроде U= -13кВ величина тока пучка на конечном радиусе  была  увеличена  примерно  в  2 раза и  составила      2,3 – 2,4 мкА.

       Возможности для проведения различных физических экспериментов на синхроциклотроне были существенно расширены благодаря созданию новых пучков поляризованных протонов, π±- мезонов,  нейтронов и в особенности пучков мюонов, полученных от распада π-мезонов  в 15-метровом жесткофокусирующем канале из магнитных линз (руководители                     Б.И. Замолодчиков и А.А. Кропин). В результате перечисленных выше работ синхроциклотрон ЛЯП начал работать на физический эксперимент по 6 ÷ 6,5 тыс. часов в год и по общему признанию стал лучшим синхроциклотроном в мире.

       В 1960-1962 гг. в Отделе Новых Ускорителей ведутся разработки элементов и систем кольцевого фазотрона со спиральной структурой магнитного поля. По этой программе разрабатывались элементы ведущего магнитного поля фазотрона со спиральной структурой, модели отдельных секторов с таким полем, специализированная высокочастотная система, инжектор в виде одиночного резонатора на энергию протонов 1 МэВ, источник ионов с холодным полым катодом на ток протонов в импульсе длиной 20 мкс до 40 мА.

 

                                                                                                                     Вперед

 

 
 

English