«У Т В Е Р Ж Д А Ю»

Директор Физического института

им. П.Н. Лебедева РАН

академик РАН

__________________ /О.Н. Крохин /

«____» ______________ 2002 года

П Р О Е К Т

модернизации ускорительного комплекса

Физического института им. П.Н. Лебедева

"ПАХРА" в г. Троицке

« СОГЛАСОВАНО »

Директор Отделения ядерной физики

и астрофизики ФИАН

профессор

------------------------/ А.Н. Лебедев/

«____» ______________2002 г.

г. Москва

Аннотация.

Предлагаемый проект предусматривает модернизацию ускорительного комплекса Физического института им. П.Н. Лебедева РАН в г. Троицке и, прежде всего, его базовой установки – электронного синхротрона С-25Р «Пахра» (максимальная энергия 1,2 ГэВ.).

Необходимость модернизации ряда узлов и систем ускорителя обусловлена возрастающим, в последние годы, интересом к исследованиям фундаментальных проблем физики частиц и ядерной физики в области энергий от сотен Мэв. до нескольких ГэВ. При этом речь идет об экспериментальных исследованиях, обеспечивающих получение высокоточных (прецизионных) данных. Отсюда и повышенные требования к качеству пучков ускорителей на которых проводятся такие исследования Модернизация С-25Р должна в первую очередь обеспечить повышение интенсивности ускоренного пучка (примерно на порядок, до 10 ¹³ электронов в секунду) и, соответственно, выведенного электронного пучка и пучков тормозного излучения; доведение длительности «растяжки» пучков до 3 мсек. при равномерности заполнения порядка 10%; моноэнергетичность выведенного пучка электронов на уровне 0,1% при энергии до 1 ГэВ; достижение стабильной работы систем ускорения и вывода пучков за счет компьютерной системы мониторинга и управления.

В качестве следующей задачи, в планах модернизации ускорительного комплекса, предлагается создание на базе С –25 Р накопительного кольца для генерации пучков квазимонохроматического рентгеновского излучения с плавно перестраиваемой длиной волны, синхротронного и ондуляторного излучений.

Научно-техническое обоснование программы.

Современные исследования по физике элементарных частиц и ядерной физике проводятся как на ускорителях с рекордно высокими энергиями, так и на ускорителях средних энергий, дающих пучки электронов, протонов и ядер с высокой интенсивностью и непрерывностью. В наши дни акцент в исследованиях при средних энергиях сместился от чисто ядерных аспектов к изучению свойств адронов. Физика адронов все более приобретает форму самостоятельного раздела, находящегося на стыке классической ядерной физики и физики собственно элементарных частиц и изучающего переплетение кварк-глюонных и мезон-барионных степеней свободы. В физике адронов до сих пор остаются нерешенными многие фундаментальные проблемы, касающиеся основных свойств адронов и ядерных сил, конфайнмента, а также свойств и взаимодействий составляющих кварков. Требуется количественное объяснение всех этих свойств на основе современной кварк-глюонной картины сильных взаимодействий и, в конечном счете, создание адекватных моделей межкваркового взаимодействия при низких энергиях.

Для решения этого круга задач нужен не только углубленный теоретический анализ уже имеющихся данных, но и проведение новых экспериментов на более высоком уровне точности. С этой целью используются различные ускорители и пучки, в том числе пучки электронов и фотонов, подобные тем, которые имеются на электронном синхротроне "Пахра" Физического института им. П.Н. Лебедева РАН в г.Троицке. Они позволяют изучать реакции фото и электророждения нуклонных резонансов и мезонов как в свободном состоянии, так и внутри ядра, изучать структуру частиц в реакциях рассеяние фотонов на нуклонах, мезонах и ядрах, вести поиски и изучать свойства экзотических адронных и ядерных систем. В этих процессах получают информацию о форм-факторах, поляризуемостях и других структурных характеристиках адронов, о мезон-барионных константах связи и потенциалах взаимодействия, о поведении адронов в ядерной материи. Все это необходимо для построения количественной теории адронов и их взаимодействий, для проверки предсказаний уже существующих кварковых и квантово-полевых моделей.

Некоторые из этих задач уже решаются на имеющихся экспериментальных установках и пучках синхротрона "Пахра", который включен в число уникальных научно - исследовательских и экспериментальных установок Российской Федерации. Например, здесь впервые проведен эксперимент по измерению поляризуемости заряженного пиона в процессе радиационного фоторождения, продолжается эксперимент по измерению поляризуемостей нейтрона в процессе неупругого рассеяния фотонов на дейтроне, ведется работа по поиску связанных состояний эта-мезона с ядрами в реакции фоторождения.

Вместе с тем, планируемые новые эксперименты, такие как эксперимент по поиску и исследованию нового вида ядерной материи - сверхузких дибарионов, эксперимент по проверке предсказаний киральной симметрии для околопорогового фоторождения пионов требуют модернизации как самого синхротрона "Пахра", так и улучшения параметров выводимого электронного пучка. Такая модернизация необходима для создания пучка меченых фотонов с хорошим энергетическим разрешением и высокой интенсивностью. Она позволит ускорить проведение уже начатых исследований и повысить качество и достоверность получаемых данных, а также существенно расширит круг будущих экспериментальных исследований, в число которых, помимо вышеупомянутых работ, смогут войти измерения сечений рассеяния фотонов, фоторождения пионных пар, эта-мезонов и других процессов на нуклонах и ядрах при энергиях до 1 ГэВ.

Другое направление актуальных исследований, которые организованы на синхротроне "Пахра" и которые интенсивно ведутся во всем мире, направлено на разработку методов генерации излучения в широком диапазоне спектра фотонов: излучение лазера на свободных электронах; ондуляторного; обратного комптоновского. Исследуются процессы когерентного поляризационного тормозного излучения электронов в кристаллических и слоистых структурах. Целью этой работы является создание новых эффективных источников квазимонохроматического рентгеновского излучения с плавно перестраиваемой энергией квантов. Такие источники представляют большой интерес для промышленности, медицины, различных областей науки. Наибольшие перспективы в развитии этого направления и практического использования источников излучения связаны с сооружением рядом с синхротроном «Пахра» в уже имеющемся экспериментальном зале накопительного кольца электронов с энергией около 500 МэВ.

Следует подчеркнуть, что модернизация (upgrade) электронных ускорителей и строительство накопителей средних энергий с использованием уже имеющейся инфраструктуры (зданий, энергетических подстанций, ускорительных структур и магнитов и т.п.) осуществляется во многих научных центрах. Например, в г. Майнце (ФРГ) строится 3-я очередь каскада микротронов (MAMI C), которая позволит увеличить энергию электронного пучка с 850 до 1500 МэВ. В 2000 г. закончено сооружение ускорителя ELSA на максимальную энергию 3.5 ГэВ (в настоящее время ведутся эксперименты при энергии ускоренного пучка 1.5 ГэВ), в котором инжектором служит Боннский электронный синхротрон. В лаборатории им. Джефферсона (CEBAF, США) ведется подготовка по увеличению в два раза энергии пучка электронного рециркулятора. В г. Лунде (Швеция) рядом с имеющимися электронными накопителями на энергию 550 и 1500 МэВ сооружается еще один накопитель третьего поколения MAX III с энергией 700 МэВ - все для пользователей синхротронного излучения. В г. Гренобле (Франция) электронный накопитель ESRF с энергией 6 ГэВ дважды модернизировался, каждый раз поднимая яркость пучка на 2 порядка. В г. Дарсбери (Великобритания) электронный синхротрон NINA был перестроен в накопитель SRS - источник синхротронного излучения с энергией 2 ГэВ. В KEK (Япония) накопительные кольца Accumulator Ring и Tristan были перестроены в «фотонную фабрику» – источник синхротронного излучения на энергию 2.5 ГэВ.

В настоящее время ускоритель «Пахра» является единственным в Росии электронным синхротроном, стабильно работающим на фундаментальную науку в диапазоне энергий около 1 ГэВ. Предлагаемая реконструкция ускорительного комплекса «Пахра» поставит вышеупомянутые работы и по физике частиц и по источникам излучения на новый качественный уровень. Она позволит привлечь пользователей для проведения самых современных исследований и использовать его фотонные пучки в практических целях. Она будет ценным вкладом как в поддержку конкретных приоритетных направлений в области ядерной физики и физики элементарных частиц, так и вкладом в развитие национальных научных центров, наукоградов, таких как г. Троицк, и уникальных установок, таких как синхротрон "Пахра".

Содержание основных работ.

Для эффективного проведения современных исследований на пучках ускорительного комплекса жизненно необходимо провести модернизацию как систем самого синхротрона, так и реконструкцию ряда узлов ускорительного комплекса. В первую очередь планируется улучшить качество выведенного из синхротрона электронного пучка, используемого в системе мечения и для получения пучка поляризованных гамма-квантов, а также добиться высокой стабильности параметров тормозных гамма-пучков, полученных на внутренних мишенях ускорителя. Последующие работы включают замену инжектора и создание накопительного кольца на базе существующей инфраструктуры комплекса "Пахра". Вся программа работ разделена на три следующих независимых направления.

Направление А Модернизация систем и узлов

синхротрона.

1) Модернизация системы медленного вывода электронов из синхротрона "Пахра".

Целью модернизации является получение электронного пучка с дискретными значениями энергии от 350 МэВ до ~ 1 ГэВ, интенсивностью электронов в секунду и малым фоновым гало, выводимого при равномерной интенсивности с растяжкой 3 мсек.

Работы по модернизации можно разделить на три этапа.

а) Раскачка и вывод электронов из рабочей области синхротрона.

Разработать систему оперативного наблюдения за динамикой поперечного сечения пучка во время его ускорения и вывода из синхротрона. Система, основанная на использовании синхротронного излучения в видимой области спектра, должна обеспечить получение стробоскопической картины развития процесса вывода с шагом во времени 0.2-0.3 мсек. Система должна работать в линию с ЭВМ.

Обеспечить, возможно, также с использованием синхротронного излучения, оперативное измерение абсолютных значений ускоренного в синхротроне тока, что позволит с большей достоверностью судить об эффективности вывода, контролировать и локализовывать потери ускоренного пучка.

Разработать систему дистанционного управления и контроля положения и ориентации выводных септум-магнитов, которая позволит обеспечить эффективную, оперативную и безопасную настройку системы медленного вывода. Система должна управляться из пультовой ускорителя, и иметь необходимую дискретность изменения и точность измерения положения и ориентации септум-магнитов.

Для работы системы вывода при энергии электронов 670 МэВ и выше требуется повышение предельных токов, подаваемых во второй септум-магнит. Для этого необходимо модернизировать подвижные токопроводы этого септума с целью уменьшения их полного омического сопротивления (возможно, потребуется изготовление нового септума), а также перейти на работу при большей мощности генератора импульса тока, питающего этот магнит.

Провести модернизацию генераторов импульсного тока септум-магнитов и полюсных обмоток системы медленного вывода с учетом современной элементной базы с целью повышения мощности и надежности их работы. Модернизировать систему водяного охлаждения силовых элементов генераторов импульсного тока и септум-магнитов. В частности, ввести дополнительный водяной контур, обеспечивающий умеренный предварительный подогрев охлаждающей воды, что позволит избежать проблем с выделением водяного конденсата на металлических частях охлаждаемых элементов.

Довести до проектных параметров систему формирования и стабилизации плоской вершины импульса ведущего магнитного поля синхротрона. Снизить до приемлемого уровень пульсаций магнитного поля на плоской вершине, уменьшить систематическое изменение величины ведущего магнитного поля синхротрона во время вывода.

Модернизировать систему управления временной однородностью выведенного электронного пучка, которая достигается специальным выбором временной зависимости усредненного показателя спада магнитного поля синхротрона, вносимого градиентной полюсной обмоткой. Предусмотреть управление процессом вывода через компьютер с использованием цепи обратной связи.

Осуществить разработку прецизионной системы измерения энергии ускоренных электронов по измерению интегральных характеристик ведущего магнитного поля синхротрона.

в) Проводка пучка через область рассеянного поля, вывод из ускорителя.

Выполнить измерения влияния рассеянного поля кольца ускорителя и влияния септум-магнитов на угловые и пространственные характеристики выведенного электронного пучка. Выполнить эту же задачу путем моделирования прохождения пучка через септумы и рассеянное поле.

Выполнить расчет, разработку и изготовление разного типа экранов для компенсации (экранировки) рассеянного магнитного поля.

Разработать и изготовить вакуумную камеру для проводки электронного пучка от выходного фланца ускорителя до линзы магнитооптического канала.

с) Транспортировка пучка к экспериментальным установкам.

Выполнить перестройку магнитооптического канала электронного пучка. Установить широкоапертурные квадрупольные линзы в начале канала, переместить элементы канала в соответствии с направлением пучка после компенсации рассеянного поля кольца ускорителя. Продлить канал к экспериментальной установке для рентгеновских исследований. Оснастить его системой вакуумной откачки.

Изготовить дополнительно пучковые пропорциональные камеры и вакуумированные боксы для них, а также необходимую электронную аппаратуру для настройки и контроля с высокой точностью положения и профилей пучка в ряде точек магнитооптического канала и экспериментальных установок.

Разработать и изготовить составные коллиматоры для головного участка тракта транспортировки выведенного пучка, которые позволят обеспечить формирование электронного пучка с требуемыми геометрическими параметрами. Обеспечить дистанционную регулировку с высокой точностью положения и ориентации коллиматоров.

Для уменьшения радиационного фона в экспериментальных залах усилить радиационную защиту.

2) Формирование плоской вершины магнитного поля

синхротрона.

Вывод электронного пучка из ускорителя осуществляется за время 3 мсек, в течение которого магнитное поле кольца ускорителя должно быть строго постоянным. Это - так называемая "плоская вершина" магнитного поля. Изменение поля в течение 3 мсек приводит к пропорциональному изменению выводимых электронов. В результате пучок рассеивается в элементах магнито-оптического канала, его интенсивность уменьшается, резко растет радиационный фон.

В системе питания электромагнита синхротрона «Пахра» длительное время эксплуатируется система плоской вершины магнитного поля. Формирование плоской вершины осуществляется закорачиванием электромагнита синхротрона (см. Рис. 1) в момент максимального значения тока через тиристорный ключ . Целью данной работы является компенсация естественного спада плоской вершины магнитного поля, который достигает в настоящее время . Для осуществления медленного вывода монохроматичного пучка из ускорителя необходимо разработать систему компенсации естественного спада магнитного поля на площадке «плоской вершины» со стабильностью не хуже .

Рис. 1.

–электромагнит синхротрона:

–разделительный реактор:

, .

–емкость резонансного контура.

–бетонный реактор:

, .

С–компенсационная емкость.

Т–тиристорный ключ.

В–управляемый тиристорный выпрямитель.

ТМ–понижающий трансформатор.

В.К.–выпрямитель постоянной составляющей.

В качестве источника компенсации спада в схеме используется заряженная емкость . При включении тиристорного ключа начинается периодический разряд заряженной емкости на индуктивности и с максимальным током (см.

Рис .2).

Рис. 2.

Ток электромагнита в момент .

Ток электромагнита в момент

Полный период колебания ; ; ; ; .

Величина дополнительного напряжения, необходимого для компенсации спада тока в электромагните на участке плато:

– падение напряжения на ключе , определенное графическим методом при помощи ВАХ ().

– суммарный ток, протекающий по обмоткам электромагнита в момент включения ключа ().

На энергии 350 МэВ ; .

Исследования, проведенные на синхротроне «Пахра» при энергии 350 МэВ, показали результаты, близкие к расчетным ().

Заряд этой емкости происходит через понижающий трансформатор и управляемый тиристорный выпрямитель .

При работе на энергии 700 MэВ потребуется конденсаторная батарея с напряжением 300 вольт. По экономическим соображениям целесообразно емкость С собрать из электролитических конденсаторов К 30-35 470 мкФ 450В в количестве 600 шт. Чтобы обеспечить допустимую глубину разряда емкости необходимо увеличить емкость батареи до 0,25Ф. Потребляемая мощность выпрямителя составит 150КВт. Понижающий трансформатор (ТМ) – это имеющийся в наличии стандартный трансформатор ТМ-600 10/0.4, который необходимо переделать на напряжение 360 В. Управляемый выпрямитель выполнен на тиристорах Т 143-500.

Все оборудование системы компенсации спада магнитного поля планируется расположить в подвале под ускорителем.

Выравнивание напряженности магнитного поля в медианной

плоскости.

Для увеличения тока пучка в кольце ускорителя при существующем инжекторе выполнить работы по выравниванию напряженности магнитного поля в медианной плоскости кольца ускорителя.

3) Формирование растяжки при выводе гамма-пучка с внутренней мишени синхротрона.

Тормозной гамма- пучок, на котором выполняется эксперимент по исследованию процессов фоторождения эта-ядер, образуется при наведении пучка в кольце ускорителя на внутренюю мишень. Цель данной работы - получение гамма-пучка с растяжкой 3 мсек, в течение которой пучок должен иметь постоянный спектр по энергии и равномерную интенсивность. Запланированы следующие работы.

Отработка метода увеличения времени растяжки вывода гамма-пучка до 3 мсек при помощи высокочастотного формирующего поля.

Отработка метода вывода гамма-пучка в течение 3 мсек путем резонансной раскачки электронов в кольце ускорителя и наведения их на внутреннюю мишень.

Отработка методов получения за время растяжки равномерного по интенсивности гамма-пучка.

Создание электронной аппаратуры для управления и контроля при помощи компьютера параметрами гамма-пучка.

4) Автоматизация управления и контроля работы ускорительного комплекса.

В настоящее время уже создана и продолжает развиваться автоматизированная система диагностики и управления выведенным электронным пучком. Для достижения стабильной работы в нужном режиме всего ускорительного комплекса необходимо создание более сложной системы его автоматизации. Концепция автоматизации основана на настраиваемом на уровне исполняемой программы измерительном интерфейсе и интерфейсе сопряжения в стандарте КАМАК, позволяющем обрабатывать аналоговые сигналы с физических датчиков и отображать их на мониторе в требуемом виде в реальном времени.

5) Замена вакуумного оборудования ускорительного комплекса.

Вакуумное оборудование служит на ускорителе порядка 20-30лет.

Поэтому при модернизации ускорителя необходимо произвести замену отработавшего ресурс и вышедшего из строя оборудования. Согласно каталогам производителей (НИИ Вакуумной техники, г.Москва; Завод вакуумного оборудования, г.Казань), потребуются следующие затраты.

Форвакуумные насосы.

Откачка вакуумной системы синхротрона

НВР-90Д (2 шт.) 1300 $ * 2 = 2600$

Откачка вакуумного электронного канала и

экспериментальной установки в зале № 1

НВР-16Д (3 шт.) 1300$ * 3 = 3900$

Турбомолекулярные насосы.

Откачка вакуумной камеры синхротрона

01АБ-1500-004 с блоком питания (БП) 2500$

Откачка камеры в районе септума

01АБ-450-003 с БП 1800$

Откачка микротрона и экспериментальной установки

01АБ-450-003 с БП (2 шт.) 3600$

Магнитные электроразрядные насосы.

Откачка камеры синхротрона

НМД-04 (12 шт. - 6 лет работы синхротрона) 2000 * 12 = 24000$

Откачка микротрона и канала инжекции

НМД-04 (2 шт.) 2000 * 2 = 4000$

НМД-025 (2 шт.) 1300 * 2 = 2600$

Течеискатель гелиевый.

ТИ1-14М (с ТМН из Франции) 15000$

Затворы проходные.

2ЗВЭ-250 (на ТМН, 1 шт.) 900$

2ЗВЭ-160 ( на ТМН и НМД, 12 шт) 650 * 12 = 7800$

2ЗВЭ-100 (на каналы, 4 шт.) 500 * 4 = 2000$

Клапаны вакуумные с ручным приводом.

Индивидуальный заказ (15 шт.) 300 * 15 = 4500$

Клапаны блокировки форвакуумных насосов с

напуском атмосферы.

Индивидуальный заказ (4 шт.) 600 * 4 = 2400$

Натекатели.

Индивидуальный заказ (4 шт.) 600 * 4 = 2400$

Металл для изготовления фланцев, трубы

Нержавеющая сталь 5000$

Расходные материалы: резина; масло и т.д. 4000$

ИТОГО: примерно 100000$ или 3000000 руб.

Замена оборудования будет производиться постепенно в течение всего срока модернизации.

Направление Б Реконструкция инжектора

для синхротрона "Пахра".

Электронный синхротрон С-25Р проектировался и строился как сильноточный ускоритель с интенсивностью ускоренного пучка до 10 ¹³ электронов в секунду. Но по ряду причин вместо проектного сильноточного инжектора был установлен изготовленный в середине 60-х годов микротрон с энергией 7 МэВ и импульсным током 50 мА. Ныне этот инжектор, устаревший как морально, так и физически, способен обеспечить интенсивность ускоренного пучка на уровне ~ 10¹²эл/сек. При проведении модернизации синхротрона должна рассматриваться возможность замены существующего микротрона или на линейный ускоритель с энергией 15 МэВ и импульсным током 0.5 -1 А, или на ускоритель, построенный по схеме электронного рециркулятора (проект подобного ускорителя разработан сотрудниками МГУ-ФИАН-ИТЭФ-МРТИ). Эта замена позволит довести интенсивность ускоренного пучка до нескольких единиц на 10¹³ электронов в секунду, что особенно актуально для планируемого накопительного кольца.

Инжектируемый в синхротрон пучок имеет разброс по энергии (в особенности из линейного ускорителя), что уменьшает захват пучка в режим ускорения. Для уменьшения энергетического разброса необходимо на тракте инжекции осуществить дебанчировку пучка и пропустить его через резонатор. Устройство для монохроматизации пучка должно содержать следующие элементы: ответвитель мощности; фазовращатель; резонатор; магниты. Пучок после прохождения магнитов и пролетного пространства проходит через резонатор. Разброс по энергии частиц после прохождения магнитов и свободного пролетного пространства преобразуется в разброс по продольной координате. При прохождении через резонатор частицы с более высокой энергией замедляются, а с более низкой ускоряются. Мощность в резонатор поступает через ответвитель на волноводном тракте инжектора. Подбор фазы ускоряющего поля в резонаторе осуществляется при помощи фазовращателя. В резонаторе частицы должны изменить свою энергию на + 70 КэВ.

На первом этапе работ представляется целесообразным модернизировать существующий микротрон, что потребует сравнительно небольших временных и финансовых затрат. Модернизация предполагает повышение энергии и тока электронного пучка. Повысить энергию и, возможно, увеличить ускоренный ток можно путем перевода существующего микротрона на второй тип ускорения. Для этого необходимо увеличить примерно в два раза магнитное поле микротрона и изготовить новый резонатор микротрона. Необходимо провести численные расчеты второго типа ускорения. Возможно, это позволит обнаружить новые режимы ускорения с более высоким коэффициентом захвата, что приведет к увеличению ускоренного тока в синхротроне "Пахра".

Направление B Создание накопительного кольца

Помимо модернизации собственно синхротрона предполагается реконструкция ускорительного комплекса "Пахра" с целью генерирования пучков синхротронного, ондуляторного, обратного комптоновского, лазерного излучения и рентгеновского квазимонохроматического излучения. Эти виды излучения предполагается использовать в физике твердого тела, атомной и ядерной спектроскопии, физики полупроводников, исследований по сверхпроводимости, биофизике, медицины и в других областях науки.

Для осуществления этой цели предполагается строительство специализированного электронного накопительного кольца на энергию 500 МэВ - источник СИ третьего поколения, инжектором в который будет служить синхротрон "Пахра". Создание подобного накопителя в существующей инфраструктуре ускорительного комплекса обойдется на порядок дешевле, чем строительство нового объекта. Предусматривается также возможность в дальнейшем превращения его в источник СИ четвертого поколения. В накопителе будет сильная фокусировка, прямолинейные промежутки с нулевой дисперсионной функцией, малой и большой бета - функциями. В промежутках будут установлены ондуляторы и виглеры, будет организовано столкновение электронных и лазерных пучков. Лазерные пучки предполагается накапливать в высокодобротных оптических резонаторах, основанных на суперзеркалах с коэффициентом отражения R > 0.9999 (в ФИАНе есть такие лазеры и зеркала). В таких устройствах будут генерироваться мощные поляризованные пучки квазимонохроматического излучения в широкой области спектра простирающейся от VUV до мягкого гамма-излучения. При пониженных энергиях накопителя (100 -300 МэВ) радиационное затухание обусловленное процессами обратного комптоновского излучения позволит снизить нежелательное влияние внутри пучкового рассеяния электронов на увеличение поперечного эмитанса пучка.

На первом этапе модернизации (с 01.01.2002по 31.12.2003 г.) планируется выполнить следующие работы:

- Обосновать основные параметры накопителя (энергия, ток, установившиеся параметры пучков) и конкретные задачи применения пучков накопителя.

- Рассчитать магнитную структуру накопителя, исходя из требований запланированных задач.

- Рассчитать основные параметры высокочастотной системы накопителя.

- Рассчитать систему вывода электронов из синхротрона "Пахра" и инжекцию их в накопитель.

- Выбрать параметры лазера и высокодобротного оптического резонатора накопителя для получения пучков рентгеновского излучения в процессе обратного комптоновского рассеяния лазерных фотонов на электронах накопителя.

- Провести моделирование на ЭВМ динамики электронов с учетом квантовых флуктуаций излучения.

- Разработать аван-проект модели накопителя в масштабе 1 : 10.

Этапы выполнения программы.

График выполнения работ, включенных в представленную программу и рассчитанных на 6 лет, предусматривает разбиение всех работ на три временных этапа :

1-й с 01.01.2002 по 31.12.2003

2-й с 01.01.2004 по 31.12.2005

3-й с 01.01.2006 по 31.12.2007 года

с объемом финансирования 49 мл. рублей :

1 – й этап - 10.5 мл. рублей

2 – й этап - 21.4 мл. рублей

3 – й этап - 17.5 мл. рублей

1 – й этап :

Направление А)

1) Модернизация системы медленного вывода электронов из синхротрона.

2) Формирование плоской вершины магнитного поля синхротрона.

3) Формирование растяжки и равномерной интенсивности гамма и электронного пучков.

4) Автоматизация ускорителя.

Финансирование на первом этапе в объеме 10.04 мл. рублей.

Направление Б).

1) Модернизация существующего инжектора.

2) Разработка и создание дебанчера пучка.

Финансирование на первом этапе в объеме 0.26 мл. рублей.

Направление В).

1) Создание аван-проекта накопительного кольца.

Финансирование на первом этапе в объеме 0.2 мл. рублей.

2 –й этап:

Направление А

1) Настройка основных элементов и узлов синхротрона.

2) Обеспечение эффективной работы комплекса для пользователей

Финансирование по второму этапу в объеме 2.1 мл. рублей.

Направление Б

1) Монтаж и настройка нового инжектора

Финансирование по второму этапу в объеме 5.2 мл. рублей.

Направление В

1) Изготовление элементов накопительного комплекса

Финансирование второму этапу в объеме 14.1 мл. рублей.

3 - й этап:

Направление А

1) Обеспечение работы ускорителя для пользователей

Финансирование по третьему этапу в объеме 1.8 мл. рублей.

Направление Б

1) Работа инжектора в инфраструктуре комплекса "Пахра"

Финансирование по третьему этапу в объеме 2.4 мл. рублей.

Направление В

1) Монтаж и комплексная настройка накопителя. Работа для потребителей

Финансирование по третьему этапу в объеме 12.9 мл. рублей.

Исполнители программы модернизации.

Выполнение первого этапа программы планируется осуществить силами сотрудников Отдела физики высоких энергий ОЯФА ФИАН с привлечением сотрудников других отделов и лабораторий ФИАН и сторонних организаций.

1) Модернизация системы медленного вывода электронов из синхротрона "Пахра".

Основные исполнители, сотрудники ОФВЭ:

В.И.Сергиенко, д.ф.-м.н, физик;

Ю.А.Башмаков, к.ф.-м.н., физик;

В.А.Карпов, к.ф.-м.н., физик;

В.А.Хабло, к.ф.-м.н., физик;

Е.И.Малиновский, к.ф.-м.н., физик;

В.В.Полянский, программист, электронщик;

С.В.Мишин, электронщик, программист;

В.Н.Кузнецов, эксплуатация ускорителя;

В.Г.Иванов, зав. мастерскими.

Вакансия: 3 чел.

2) Формирование плоской вершины магнитного поля

синхротрона.

Основные исполнители, сотрудники ОФВЭ:

Г.Г.Субботин, эксплуатация ускорителя;

Г.П.Бочаров, гл. инженер;

В.Д.Алешин, механик;

В.М.Иванов, механик.

Вакансия: 1 чел.

3) Формирование растяжки при выводе гамма-пучка с внутренней мишени синхротрона.

Г.Г.Субботин, эксплуатация ускорителя

В.В.Полянский, программист, электронщик

А.Н.Елисеев, электронщик

С.С.Сидорин, физик

4) Автоматизация управления и контроля работы ускорительного комплекса.

В.Г.Куракин, к.ф.-м.н., физик

А.В.Кольцов, программист

В.М.Алексеев, программист

В.Н.Бусыгин, электронщик

5) Замена вакуумного оборудования ускорительного комплекса.

В.И.Алексеев, к.ф-м-н., физик

В.П.Антипов, механик

Вакансия: 2 чел.

6) Реконструкция инжектора.

А.В.Серов, д.ф.-м.н., физик

Вакансия: 3 чел.

7) Накопительное кольцо.

Г.Г.Бессонов, д.ф.-м.н., физик.

Вакансия: 2 чел.

ПЛАН – ГРАФИК И СМЕТА РАБОТ НА 2002 – 2003 ГОДЫ

ПО МОДЕРНИЗАЦИИ УСКОРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА «ПАХРА».

П/п

Содержание работы.

Полу-годия 2002 г

Полу-годия 2003 г.

Стоимо.

работы (тыс.р.)

10.

11.

12.

13.

14.

СИСТЕМА МЕДЛЕННОГО ВЫВОДА ЭЛЕКТРОННОГО

ПУЧКА

Разработка, изготовление и внедрение системы оперативного контроля и управления с использованием ЭВМ параметрами пучка в кольце ускорителя в процессе инжекции, ускорения и вывода (положение пучка в различных точках кольца, поперечные сечения пучка, ток и потери пучка, и т.д. ).

Модернизация генераторов импульсного тока для септум-магнитов (замена конденсаторов и регулирующих элементов, повышение напряжения для увеличение тока в септумах, замена системы водоохлаждения).

Модернизация септум-магнитов (увеличение тока во втором септуме, система водоохлаждения).

Разработка, изготовление и монтаж системы дистанционного управления и контроля за положением септум-магнитов.

Измерение и моделирование на ЭВМ влияния на выводимый электронный пучек рассеянного магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом ускорителя.

Разработка метода компенсации рассеянного магнитного поля (моделирование на ЭВМ, изготовление прототипов компенсаторов, измерения)

Изготовление и монтаж компенсатора рассеянного магнитного поля.

Разработка, изготовление и монтаж вакуумированного канала в области рассеянного магнитного поля.

Расчет расположения элементов магнитооптического канала с учетом компенсации рассеянного магнитного поля и использования широкоапертурных линз.

Перестройка канала, включая монтаж широко -апертурных линз с источниками питания, возможное перемещение магнитов СП-57 и СП-3, продление канала к экспериментальной установке рентгеновского излучения.

Изготовление и размещение профилометров пучка в вакуумированных боксах для диагностики пучка в районе экспериментальных установок системы мечения и рентгеновского излучения.

Оснащение канала и экспериментальных установок пультами вакуумной откачки ( монтаж вакуумных насосов, оснащение их системой контроля и автоматического управления.

Изготовление и монтаж коллиматоров пучка.

Сборка радиационной защиты в экспериментальных залах.

600

500

200

150

100

200

П/п

Содержание работы.

Полу-годия 2002 г

Полу-годия 2003 г.

Стои-мость

Работы (тыс. р)

ФОРМИРОВАНИЕ ПЛОСКОЙ ВЕРШИНЫ МАГНИТНОГО

ПОЛЯ СИНХРОТРОНА «ПАХРА».

Выравнивание напряженности магнитного поля в медианной плоскости кольца ускорителя.

Формирование плоской вершины магнитного поля при энергии выведенного электронного пучка до 350 МэВ.

Формирование плоской вершины магнитного поля при энергии выведенного электронного пучка от 600 МэВ и выше (закупка конденсаторов, тиристоров, кабеля, перемотка силового трансформатора, монтажные и наладочные работы ).

ФОРМИРОВАНИЕ РАСТЯЖКИ ПРИ ВЫВОДЕ

ЭЛЕКТРОННОГО И ГАММА - ПУЧКОВ.

Отработка метода увеличения растяжки электронного пучка до ~ 3 мсек.

Отработка метода увеличения растяжки гамма-пучка до ~ 3 мсек при помощи высокочастотного поля.

Отработка метода вывода гамма-пучка за счет резонансной раскачки электронов в кольце ускорителя и наведения их на внутреннюю мишень.

Отработка методов получения равномерной

интенсивности пучков в течение растяжки.

Создание аппаратуры для управления и контроля при помощи ЭВМ за растяжкой и интенсивностью пучков.

АВТОМАТИЗАЦИЯ УСКОРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

Создание пульта управления с помощью ЭВМ работой

ускорительного комплекса.

ИНЖЕКТОР

Разработка, изготовление, монтаж дебанчера для инжектируемого пучка.

Модернизация существующего микротрона.

НАКОПИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО.

Разработка аван-проекта накопительного кольца.

ЗАКУПКА ДОРОГОСТОЯЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ.

Течеискатель, насосы, вакуумное оборудование.

Квадрупольные линзы с источниками питания.

Осциллографы, генераторы, измерительные приборы

160

400

200

600

160

200

1200

1000

1100

ОБЩАЯ СМЕТА РАБОТ НА 2002 – 2003 ГОДЫ

1. Зарплата участников работ - 2100 тыс. руб

2. Налог на зарплату - 752 тыс. руб

3. Командировки, связь - 500 тыс. руб

4. Сторонние организации - 1348 тыс. руб

5. Оборудование и расходные материалы - 3700 тыс. руб

6. Накладные расходы (20%) - 2100 тыс. руб

Всего: 10500 тыс. руб

Заведующий Отделом

физики высоких энергий ФИАН

доктор физ.-мат. наук /Е.И.Тамм /