ЭЛЕКТРОННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ, УСКОРИТЕЛЬНАЯ МАСС СПЕКТРОМЕТРИЯ, ИОННЫЕ УСКОРИТЕЛИ

Объектом исследований являются метод электронного охлаждения и его применение к охлаждению тяжелых заряженных частиц. В ходе исследований рассмотрены фундаментальные вопросы физики и техники ускорителей, взаимодействия холодного электронного пучка с ионным, применение метода к экспериментам в физике адронных взаимодействий. Цель работы – разработка физических основ и технологических решений для создания установок электронного охлаждения на высокую энергию. В процессе работы проводились теоретические исследования и подготовка экспериментального стенда для исследований в области физики электронного охлаждения. Теоретически показано, что при относительно небольшой величине искажения продольного магнитного поля на участке охлаждения возможно появление новых типов столкновений, которые по аналогии с уже существующими терминами, можно назвать быстрыми замагниченными, замагниченно-адиабатическими и дважды замагниченными столкновениями. Важнейшим результатом, полученным в ходе выполнения работы, является модернизация стенда для исследования элементов электронного охлаждения. Данный стенд позволит исследовать новую малоразмерную пушку с четырехсекторным управляющим электродом, систему диагностики пучка, основанную на проволочном датчике для измерения профиля пучка, систему пикап-электродов, новые источники коррекции, систему связи с высоковольтным терминалом, находящимся под высоким потенциалом, особенности получения высокого вакуума в частично прогреваемой вакуумной камере и многое другое. Произведено проектирование тяжелоионного синхротрона с электронным охлаждением. Синхротрон предназначен для формирования и последующего ускорения пучков различных ионов, от протонов до ионов висмута. Произведены расчеты динамики пучка частично ободранных ионов в синхротроне. На основе взаимодействия ионов с атомами остаточного газа определены требования к рабочему вакууму. В рамках изучения механизмов выделения чистых ионных пучков 14С и формирования паразитного ионного фона было исследовано влияние стабильности работы источника отрицательных ионов углерода ускорительного масс спектрометра ИЯФ на результаты радиоуглеродного датирования образцов. Были выяснены ключевые факторы нестабильной работы ионного источника, которые ограничивают набор статистики. В конструкцию ионного источника были внесены изменения, позволившие поднять объем набираемой статистики радиоугрерода. Разработан проект перезарядной мишени на парах магния для ионов водорода. На основе имеющегося в ИЯФ опыта подтверждена практическая возможность применения данного метода в источнике нейтронов ускорительного типа, разработанного в ИЯФ СО РАН. Была проведена разработка и внедрение средств диагностики параметров пучка протонов, что является важной задачей для обеспечения длительной стабильной работы источника нейтронов на основе ускорителя-тандема с вакуумной изоляцией и литиевой мишенью. В результате была осуществлена модернизация низкоэнергетического тракта установки, позволившая уменьшить эмиттанс пучка ионов водорода в 1,4 раза. Экспериментально установлено, что при длительном облучении литиевой мишени пучком протонов, не приводящим к ее расплавлению, поверхность лития покрывается тонким слоем оксида лития, немного уменьшающим выход нейтронов в реакции 7Li(p,n)7Be. Такое уменьшение выхода нейтронов приемлемо при проведении терапии.