Проект БЕТА Циклотронный комплекс тяжелых ионов DC -110 для производства трековых мембран

1. Проект БЕТА Циклотронный комплекс тяжелых ионов DC-110 для производства трековых мембран Объединенный институт ядерных исследований Лаборатория ядерных реакций им. Г.Н.Флёрова Дубна, Россия

2. Исходные данные • производство трековых мембран на основе полимерных пленок толщиной до 30 мкм. Пучок ионов 35 мкм +30 30 мкм -30 полимерная пленка • Циклотрон должен ускорять пучки ионов Ar ,Kr ,Xe • с фиксированной энергией 2,5 МэВ/нукл., • с интенсивностью ~ 1 pA ( 61012частиц/сек.) • Оборудование должно быть простым и надежным. • Время работы в режиме облучения пленки – 7000 час./год. • Срок создания – 2,5 года

3. IC-100 CYCLOTRON Axial Injection System

4. SUPERCONDUCTING ECR ION SOURCE (18 GHz) at IC-100 (2003)

5. Intensity of the accelerated and extracted ion beams (IC-100 cyclotron,February 2007).

6. DC-60 CYCLOTRON

7. DC-60 CYCLOTRON MAIN PARAMETERS OF ACCELERATED ION BEAMS

8. Циклотрон DC-110 • ЦИКЛОТРОН DC-110 • ВНЕШНИЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ. ТИПА ECR • СИСТЕМА АКСИАЛЬНОЙ . ИНЖЕКЦИИ ПУЧКА • 2 КАНАЛА ПУЧКОВ . УСКОРЕННЫХ ИОНОВ • ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ . ОБОРУДОВАНИЕ • вакуумная система • электропитания и управления • система охлаждения • высокочастотного питания

9. Basic parameters of DC-110 cyclotron operating regime.

10. Базовой технической основой для разработки циклотрона DC-110 принят проект циклотрона DC-60, который создан в ЛЯР и введен в эксплуатацию в 2006 в г. АСТАНА (Казахстан) Циклотрон DC-60 10

11. Сравнение основных параметров DC-60 и DC-110

12. ИОННЫЙ ИСТОЧНИК(сравнение характеристик) Beam intensity of the Ar, Kr, and Xe ions produced from the RIKEN 18 GHz ECRIS.

13. Циклотрон DC-110 13

14. Циклотрон DC-110

15. Axial Injection System Center Plug Dee Dee Vacuum Chamber Sector

16. Центральная область циклотрона DC-110 Эскизный чертеж центральной области DC-110, и тестовые траектории ионов 86Kr13+ в течение первых 2-х оборотов.

17. Схема циклотрона ДЦ-110 с системой вывода

18. Схема циклотрона ДЦ-110 с каналами транспортировки

19. Specialized channel for polymer film irradiation DC-60 CYCLOTRON Installation for polymer film irradiation 19

20. DC-60 ЦИКЛОТРОН Основные результаты пусковых работ * Транспортировка пучка по каналу аксиальной инжекции и захват в ускорение Расчетная трансмиссия: 0.7 - коэф. трансмиссии по аксиальному каналу, 0.7 - коэф. трансмиссии через инфлектор, 0.08 - коэф. фазового захвата без банчера (30) К (сум.) = 4% (экспериментально получено – от 2 до5 %) * Коэффициент банчировки проектный 3,5 получен 2.7 - 3.7%, * Коэффициент вывода проектный 50% получен 61% – 66%, * Коэффициент трансмиссии по каналам ~ 100% получен 95% 20

21. Особенности и технические решения циклотрона ДЦ-110

22. Магнитная структура циклотрона ДЦ-110 Сравнение расчетного сформированного поля Bav и изохронного поля Bis. I этап – формирование магнитного поля расчетным путем

23. Магнитная структура циклотрона ДЦ-110 Разность между сформированным и изохронным полем dB и фазовое движение центрального иона Phase Частоты свободных колебаний Qr и Qz в зависимости от среднего радиуса орбит

24. Система вывода пучка циклотрона ДЦ-110 Среднеквадратичные значения огибающих (2σ) пучка в системе вывода Аксиальное движение ионов в системе вывода.

25. Магнитная структура ДЦ-110 Дефлектор Магнитный канал

26. Магнитная структура ДЦ-110 Распределение магнитного поля на радиусах 75-92 см

27. Магнитная структура ДЦ-110 Амплитуды гармоник возмущения магнитного поля при установки магнитного канала и компенсации среднего магнитного поля и 1-ой гармоники с помощью боковых секторных накладок - шимм.

28. Магнитная структура ДЦ-110 Амплитуды радиальных колебаний ионов в зависимости от среднего радиуса орбит. Вверху – гармонические обмотки выключены, внизу – гармонические обмотки включены.

29. Магнитная структура ДЦ-110 Блок азимутальных корректирующих катушек

30. Магнитная структура ДЦ-110 Размещение основного MCh-1 и компенсирующего MCh-2 магнитных каналов и секторных боковых шимм. Амплитуды гармоник возмущения магнитного поля без установки фальш-канала. При установленном фальш-канале нечетные гармоники исчезнут, а четные станут в 2 раза больше.

31. Магнитная структура ДЦ-110 Амплитуда 2-й гармоники магнитного поля в зависимости от радиуса при установленном фальш-канале

32. Магнитная структура ДЦ-110 Амплитуды радиальных колебаний на конечных радиусах ускорения. Вверху – нет гармоник возмущения, внизу – учтена 2-я гармоника.

33. Вывод пучка из циклотрона ДЦ-110 Траектории ионов в диапазоне азимутов 118-220°. Показаны также границы апертуры дефлектора и вертикальные пластины магнитного канала.

34. Вывод пучка из циклотрона ДЦ-110 Коэффициент вывода Ke и требуемое напряжение на дефлекторе Ud в зависимости от его апертуры.

35. Магнитная структура циклотрона ДЦ-110(расчет) Изохронное поле и формируемое поле с установленными компенсаторами двух магнитных каналов. Размещение основного MCh-1 и компенсирующего MCh-2 магнитных каналов и секторных боковых шимм. Изменение среднего магнитного поля при установке одного магнитного канала. Компенсаторы влияния магнитного канала оказывают противоположное действие

36. Методика создания магнитной структуры циклотрона ДЦ-110 • Численное моделирование магнитной структуры (Получения функций влияния неточности изготовления) • Создание рабочего проекта • Изготовление магнита. • Измерение магнитных свойств железа, из которого изготавливается магнит • Уточняющие расчеты с использованием измеренных свойств железа. - Вклада магнитного канала в распределения среднего поля - Вычисление распределения магнитного поля в отсутствие магнитных каналов (то что должно быть измерено и сформировано) • Измерение и формирование магнитного поля за счет доработки съемных шимов.

37. Результат измерений в сравнении с расчетной формой поля Run63_2MCh. Форма магнитного поля из результатов измерений. Сравнение распределения амплитуды первой гармоники при смещении стартовой позиции магнитометра на 90 градусов. Амплитуда второй гармоники из расчетной карты поля и результатов измерений.

38. Высокочастотная система ДЦ-110 Резонатор F=7,75 0,280 МГц W=72 кВт ДЦ-110 Резонатор

39. Вакуумная система ДЦ-110 • Система аксиальной инжекции и ионного источника • Вакуумная камера циклотрона • Каналы транспортировки • Камера облучения пленки

40. Вакуумная система канала аксиальной инжекции циклотрона ДЦ-110 Эффективности прохождения пучка ионов 40Аr6+, 86Kr13+ и 132Xe20+ в канале аксиальной инжекции (длина траектории ионов 4,9 м) в зависимости от среднего давления в ионопроводе. Схема канала аксиальной инжекции циклотрона ДЦ-110 Распределение давления в канале аксиальной инжекции, эффективные скорости откачки насосов по азоту 800 л/с, 130 л/с и 670 л/с;

41. Вакуумная система камеры циклотрона ДЦ-110 Радиальное распределение давления в вакуумной камере циклотрона (удельная скорость газоотделения с поверхности q  710-6 Торл/(см2), газовый поток из канала аксиальной инжекции Q  210-6 Торл/с), среднее давление (до радиуса вывода)  6,510-8 Тор. Эффективности прохождения ускоряемых пучков ионов 40Аr6+, 86Kr13+ и 132Xe20+ (до энергии 2,5 МэВ/нуклон) в зависимости от среднего давления остаточного газа в камере циклотрона.

42. Вакуумная система канала облучения полимерной пленки циклотрона ДЦ-110 Эффективности прохождения ионов 40Аr6+, 86Kr13+ , 132Xe20+ ( с энергией 2,5 МэВ / нуклон ) в канале ускоренных пучков протяженностью 21 м в зависимости от среднего давления в ионопроводе. Схема каналов транспортировки ускоренных пучков на установки для облучения полимерной пленки Распределение давления в канале облучения полимерной пленки

43. Structure of the control system 43

44. Статус проекта ДЦ-110 на сегодняшний день

45. Здание промышленного центра БЕТА, в состав которого входит циклотрон ДЦ-110

46. Стенд магнитных измерений циклотрона ДЦ-110

47. Стенд ионного источника циклотрона ДЦ-110

48. Канал облучения полимерной пленки циклотрона ДЦ-110 на сборочном стенде

49. Диагностический бокс