WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность получения крутых импульсных перепадов при управлении пучками в ускорителях. Рассмотрен мировой опыт по реализации впуска-выпуска в ведущих ускорительных лабораториях:

Dafne (Италия), KEK (Япония), CSR (Китай), ILC. Показаны различные варианты конструкций кикеров и режимов их питания.

В первой главе диссертации подробно рассмотрены основные типы высоковольтных наносекундных коммутаторов электромагнитной энергии, использующиеся в генераторах для питания устройств впуска-выпуска заряженных частиц в ускорителях, анализируются особенности их запуска, оцениваются их достоинства и недостатки применительно к получению максимальных скоростей коммутации и временной стабильности.

Во второй главе подробно рассматриваются системы впуска-выпуска для специализированных комплексов СИ «Сибирь» (Курчатовский РНЦ) и «ТНК» (Зеленоград): обосновываются выбор типа формирующих линий, разрядников, а так же других устройств передачи импульсов. Приводятся результаты испытаний разрядников за определенный промежуток времени на предмет временной стабильности и рабочего ресурса. Параметры генераторов приведены в Таблице 1, а фотографии одного из разрядников с плоскими электродами на рис. 1.

Таблица Г-01 Г-08 Г-02 Г-03 Г-04 Г-Наименование параметров Пушка п/инфл инфл дефл п/инфл Инфл ЛУ МН МН МН БН БН 60 60-100 60-100 450 450 Энергия, МэВ Диапазон амплитуд, кВ 40-45 6-10 6-12 40-60 40-60 40-Диапазон длительностей, нс 20 20 20 20 15-25 15-2 - 3 1-2 1-2 1-2 1-2 1-Джиттер, нс Фронт, нс 4-5 2-3 2-3 2-3 2-3 2- Для соответствия техническим требованиям наносекундные генераторы имеют следующие общие свойства:

Выходы генераторов имеют разнополярные импульсы, Применяются двойные формирующие линии, что значительно снижает требования к изоляции высоковольтного трансформатора, формирующих линий, разрядников и других элементов, Один источник питания через один высоковольтный трансформатор питает две формирующие линии, создающие импульсы обеих полярностей, Разрядники выполнены с неподвижными электродами, Во всех необходимых местах используется газовая изоляция вместо масляной, что резко упрощает эксплуатацию и удешевляет производство генераторов.

Рис. 1. Фотографии разрядника отрицательных импульсов.

Далее рассматривается методика оперативной настройки разрядников, анализируются особенности их запуска. На рис. 2 показаны импульсы с нагрузок одного из инфлекторов комплекса «ТНК» при оптимальной настройке рабочего режима.

Рис. 2. Импульсы с нагрузок пластин инфлектора малого накопителя ТНК при оптимальной настройке.

На рис. 3 показана экспериментальная рабочая область разрядника отрицательных импульсов с цилиндрическими электродами с оптимальными рабочими зазорами 1.2 мм и 0,6 мм в широком диапазоне перестройки по зарядному напряжению от (35 – 63) кВ при изменении давления от (1.0 – 1.6) МПа. Из диаграммы видно, что с данной величиной зазоров разрядник может работать во всем диапазоне зарядных напряжений при подстройке давления. При одном фиксированном давлении достигается возможность оперативного изменения амплитуды выходных импульсов генератора на ±30% от их номинального значения. При этом сохраняется стабильность со среднеквадратичным отклонением менее 1 нс при количестве самопробоев менее 1%.

Рис. 3. Экспериментальная диаграмма перестройки разрядника.

На рис. 4 показаны результаты исследований джиттера разрядника инфлектора большого накопителя в течении рабочей смены.

Рис. 4. Среднеквадратичное отклонение временного джиттера разрядника генератора инфлектора Большого накопителя.

Третья глава описывает разработку и создание новой системы быстрых кикеров и генераторов для лазера на свободных электронах (FEL) в университете Duke (США). Обосновывается выбор высоковольтных наносекундных коммутаторов для питания кикеров. В рамках данного проекта для увели чения тока в основном накопительном кольце FEL созданы наносекундные генераторы и кикеры как для бустера-синхротрона, так и для основного накопительного кольца. Была реализована инжекция из линейного ускорителя в бустер-синхротрон и побанчевый выпуск из синхротрона с пятикратной перестройкой по энергии (200 – 1.2 ГэВ) с применением современных псевдоискровых коммутаторов российского производства. Проведена оптимизация геометрии пластин кикеров бустера и основного накопительного кольца для уменьшения импеданса камеры в местах их расположения. На рис. 5 показана геометрия пластин одного из трех кикеров основного кольца.

Рис. 5. Геометрия пластин одного из кикеров основного накопительного кольца FEL.

Далее рассматриваются особенности кикерных генераторов системы впуска-выпуска, приводятся результаты их работы за 2000 часов. На рис. показаны импульсы с нагрузок пластин кикеров бустера.

Рис. 6. Импульсы с нагрузок генераторов бустера: слева – импульс с инжекционного кикера, справа – кикер выпуска.

На рис. 7 показаны осциллограммы импульсов в приведенном масштабе на нагрузках кикеров инжекции и экстракции при перестройке по зарядному напряжению на формирующих линиях: Инжекция – 2 до 12 кВ с шагом 1 кВ, экстракция – от 5 до 25 кВ с шагом 2.5 кВ. Видно, что при перестройке по напряжению в широком диапазоне форма импульсов вполне приемлема.

Рис. 7. Изменение формы импульсов при перестройке по напряжению.

Выбор коммутаторов типа ТПИ обеспечивает заданные требования к генераторам, а именно:

джиттер – менее 1 нс ( реально менее 200 пс);

время нарастания и спада импульсов 4 – 5 нс;

неравномерность «полочки» для импульса инжекции в бустерсинхротрон (100 нс) – не более 5%;

имеется возможность пятикратной перестройки по выходному напряжению при сохранении формы импульсов.

Кроме этого:

значительно упрощена конструкция за счет использования одного коммутатора с большим рабочим током (до 10 kA) для питания обеих пластин кикера;

конструкция генераторов компактна и технологична при изготовлении и сборке.

Генераторы эксплуатировались в лаборатории FEL с 2005 года. С начала регулярной работы системы наработано не менее 2000 часов. За это время основные проблемы были с надежностью работы драйверов, которые к настоящему времени практически устранены. После 2000 часов стал наблюдаться рост падения напряжения в тиратроне на электроде предионизации от протекающего постоянного тока. Для снижения этой тенденции, вместо по стоянной, вводится «квазипостоянная» предионизация, с подачей слаботочного импульса поджига, предшествующего запуску тиратрона не более чем на 1 мс.

В четвертой главе детально рассмотрен проект быстрых магнитных кикеров и генераторов для специализированного комплекса СИ «Nanohana» (Япония). В рамках этого проекта были проведены исследования и разработка системы быстрых ферритовых кикеров со встроенной керамической вакуумной камерой и наносекундных генераторов для однооборотной инжекции электронного пучка из линейного ускорителя в бустер-синхротрон (БС), а так же выпуска и инжекции пучка в основное накопительное кольцо (ОНК).

Такие кикеры позволяют соблюсти гладкость вакуумных камер ускорителей и малые импедансы связи с пучком. На рис. 8 показаны конструктивные особенности кикера инжекции бустера.

Рис. 8. Поперечное сечение кикера инжекции БС: 1 – ферритовые пластины, 2 – токопроводящие медные шины, 3 – диэлектрические пластины, 4 – керамическая вакуумная камера, 5 – несущие торцевые стенки, 6 – внутреннее металлизированное покрытие (Ti), 7 – высокочастотное контактное соединение, 8 – область заполнения для SF6.

В кикере инжекции бустера за счет вставки керамических пластин с = 2000 был реализован режим бегущей волны на согласованную нагрузку 25 Ом, что минимизирует хвосты после основного импульса.

В режиме выпуска электронов из бустера отсутствуют требования к импульсным хвостам, поэтому для кикера выпуска обмотка короткозамкнута.

За счет этого ток в кикере и соответственно рабочее поле удваиваются. Аналогичную короткозамкнутую конструкцию имеют кикеры основного накопительного кольца, с разницей лишь в том, что для получения требуемого тока 2.6 кА шины кикера запитаны от генератора с малым выходным сопротивлением – 8.3 Ом. Поэтому на кикер подключаются параллельно шесть кабелей с волновым сопротивлением 50 Ом (рис. 9).

Рис. 9. Поперечное сечение кикерного магнита основного кольца с подключением транспортных генераторных кабелей: 9 – медный фланец, 10 - короткозамкнутая перемычка, 11 – входные кабельные контакты.

Для устранения хвостов генератор для кикера основного кольца выполнен по схеме с внутренней согласующей нагрузкой. В качестве быстрого коммутатора использован тиратрон ТГИ-1-1000/25. Для обеспечения проводимости тиратрона на время прохождения отражений от короткозамкнутого конца кикера сделана вспомогательная «греющая» кабельная линия, включенная в параллель с основной формирующей линией. На рис. 10 показана осциллограмма с внутренней согласующей нагрузки. Все питающие генераторы для кикеров – тиратронные. Формирующие линии генераторов бустера – двухступенчатые на сосредоточенных параметрах. Для генератора основного кольца были разработаны кабельные формирующие линии на радиочастотном кабеле РК-50-9-12. Для обеспечения электрической прочности кабели генераторов заполняются элегазом (SF6) под давлением до 0,5 МПа. Кикеры также имеют герметичную конструкцию и тоже заполняются элегазом.

Рис. 10. Импульсы с внутренней согласующей нагрузки прототипа одного из генераторов основного кольца.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, выносимые на защиту.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. А. Kadnikov, Kurchatov Institute, 123182 Moscow, Russia, V. Deviatilov, V.

Korchuganov, Yu. Matveev and D. Shvedov, Budker Institute of Nuclear Physics, High voltage nanosecond generators for SIBERIA-2, IEEE, 1996, Vol.2, p.1266-1268, WAA18, Bulletin of the American Physical Society - 1995, №3, Vol.40, p.1114.

2. О.В. Анчугов, Ю.Г. Матвеев, Д.А.Шведов, Институт Ядерной Физики СО РАН им. Г.И. Будкера, 630090, Новосибирск, Россия; В.Д. Бочков, Д.В. Бочков, В.М. Дягилев, В.Г. Ушич, ООО «Импульсные технологии», 390023 Рязань, Россия; С.Ф. Михайлов, В.Г. Попов, FEL Laboratory, Duke University, Durham, NC, USA. Результаты испытаний наносекундных генераторов на основе псевдоискровых коммутаторов типа "ТПИ" для комплекса FEL Университета Duke, США. Прикладная физика Т.1, год.

3. О.В. Анчугов, В.Е Блинов, А.В Богомягков, А.Н, Журавлев С.Е Карнаев, Г.В Карпов, В.А Киселев, Г.Я Куркин, Е.Б Левичев, О.И Мешков, С.И Мишнев, Н.Ю Мучной, С.А Никитин, И.Б Николаев, В.В Петров, П.А Пиминов, Е.А Симонов, С.В Синяткин, В.В. Смалюк, А.Н Скринский, Ю.А Тихонов, Г.М Тумайкин, А.Г Шамов, Д.Н Шатилов, Д.А Шведов, Е.И. Шубин. Эксперименты по физике пучков заряженных частиц на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М // ЖЭТФ т. 136, вып. (2009) 690-702.

4. О.В. Анчугов, В.Е. Блинов, А.В. Богомягков, А.А. Волков, А.Н. Журавлев, С.Е. Карнаев, В.А. Киселев, Е.Б. Левичев, О.И.Мешков, С.И. Мишнев, И.И. Морозов, Н.Ю.Мучной, С.А. Никитин, И.Б. Николаев, В.В. Петров, П.А. Пиминов, Е.А.Симонов, С.В. Синяткин, А.Н. Скринский, В.В. Смалюк, Ю.А.Тихонов, Г.М. Тумайкин, В.М. Цуканов, А.Г. Шамов, Д.Н. Шатилов, Д.А. Шведов. Применение методов ускорительной физики в экспериментах по прецизионному измерению масс частиц на комплексе ВЭПП-4 с детектором Кедр. Приборы и техника эксперимента, 2010, № 1.

5. Ю.Г. Матвеев, Д.А. Шведов. Коаксиальные линии с ферритовым заполнением для обострения фронтов импульсов высоковольтных наносекундных генераторов. ПТЭ, №6, 2009 г., стр. 39-44.

6. K.N. Chernov, A.D. Chernyakin, S.A. Krutikhin, G.Ya. Kurkin, A.S.

Medvedko, G.N. Ostreiko, V.M. Petrov, A.V. Philipchenko, I.K. Sedlyarov, G.V. Serdobintsev, S.V. Sinyatkin, A.G. Steshov, S.V. Tararyshkin, V.F.

Veremeeenko, V.A. Ushakov. D.A. Shvedov, V.D. Yudin, Budker INP, Novosi birsk, Russia; A.G. Valentinov, V.N. Korchuganov, Yu.V. Krylov, K.N.

Kusnetsov, D.G. Odintsov, Yu.L. Yupinov, “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia; N.N. Grachev, V.P. Khramtsov, N.V Spinko, Federal State Institution “Lukin Research Institute of Physical Problems” Status of “Zelenograd” storage ring. XX International Workshop on Charged Particle Accelerators September 9-15, 2007, Problems of Atomic Sci. and Techn., Ser.: Nucl. Phys.

Inv, 2008, №5, р.3-5.

7. M. Busch, S. Mikhailov, M. Emamian, J. Faircloth, S. Hartman, J. Li, V.

Popov, G. Swift, V. Vylet, P. Wallace, P. Wang, Y. Wu, FEL Laboratory, Duke University, Durham, NC 27708, USA N. Gavrilov, G. Kurkin, Yu. Matveev, D. Shvedov, O. Anchugov, N. Vinokurov, Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, Russia. Status of the booster injector for the DUKE FEL Storage Ring, Proceedings of 2005 Particle Accelerator Conference, Knoxville, Tennessee, p.3544-3546.

8. O.V Anchugov, Yu.G Matveev, D.A Shvedov, V.D Bochkov, D.V Bochkov, V.M Dyagilev, V.G Ushich, S.F Mikhailov, V.G Popov. Pulse generators with nanosecond leading edge duration based on tpi-type pseudospark switches for FEL complex.Proceeding of the 16th IEEE, Volume 2, Albuquerque, New Mexiko, 17-22 June 2007, Page(s): 1335-1338, Digital Object Identifier 10.1109/PPPS.2007.4652434; Труды 20го Международного семинара по ускорителям в Алуште, 2007 год; Вопросы атомной науки и техники, серия: Ядерно-физические исследования 2008 год, №5, с.60-63.

9. О.В. Анчугов, Ю.Г. Матвеев, Д.А. Шведов, В.Д. Бочков, Д.В. Бочков, В.М. Дягилев, В.Г. Ушич, ООО «Импульсные технологии», С.Ф.

Михайлов, В.Г. Попов. Результаты испытаний наносекундных генераторов на основе псевдоискровых коммутаторов типа "ТПИ" для комплекса FEL Университета Duke, США. «Прикладная физика». №1, 2010.

10. O.V. Anchugov, Yu.G Matveev., D.A Shvedov, System of high-voltage nanosecond generators for injection-extraction kickers for FEL complex of the Duke University Proceedings of RuPAC 2006, Novosibirsk, Russia, p.292294.

11. S.F. Mikhailov, M.D. Busch, M. Emamian, S.M. Hartman, Y. Kim, J. Li, V.G.

Popov, G. Swift, P.W. Wallace, P. Wang, Y.K. Wu, N.G. Gavrilov, G. Ya.

Kurkin, Yu. Matveev, O.V. Anchugov, D.A. Shvedov, N.A. Vinokurov, Commissioning of the booster injector synchrotron for the highs facility at Duke University, Proceedings of PAC07 Albuquerque, New Mexico, USA, p.12091211.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»