Ускоренный ускоритель рекуперации энергии
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( август 2018 г. ) |
Линейный ускоритель с рекуперацией энергии (ERL) — это тип линейного ускорителя частиц , который создает пучок электронов, используемый для производства рентгеновских лучей с помощью синхротронного излучения . [1] Впервые предложен в 1965 году. [2] идея вызвала интерес с начала 2000-х годов. [3]
Спектральное сияние
[ редактировать ]Полезность рентгеновского луча для научных экспериментов зависит от спектральной яркости луча , которая показывает, какая мощность данной длины волны сосредоточена в пятне. В большинстве научной литературы по источникам рентгеновского излучения используется тесно связанный термин, называемый яркостью , который учитывает скорость образования фотонов, а не их мощность. Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны фотона.
Очень высокая мощность обычно достигается за счет подачи энергии короткими импульсами, что позволяет устройству работать в разумных пределах потребляемой мощности и охлаждения. В зависимости от длины импульса и частоты повторения средняя спектральная яркость будет намного ниже пиковой спектральной яркости. Пиковая спектральная яркость и средняя спектральная яркость являются важными свойствами рентгеновского луча. Для некоторых экспериментов наиболее важно пиковое значение, но для других экспериментов наиболее важно среднее значение.
В качестве источника синхротронного света характеристики линейного ускорителя с рекуперацией энергии находятся между накопительным кольцом и лазером на свободных электронах (ЛСЭ). Линейные ускорители с рекуперацией энергии имеют высокую частоту повторения и, следовательно, высокую среднюю спектральную яркость, но более низкую пиковую спектральную яркость, чем ЛСЭ. [4]
Механизм
[ редактировать ]При использовании рециркулирующего пучка заряженных частиц с магнитной решеткой, напоминающей решетку накопительного кольца , каждая частица проходит через рециркулирующую дугу, а затем замедляется в структуре линейного ускорителя . Та же самая структура линейного ускорителя также ускоряет новые низкоэнергетические частицы, которые постоянно впрыскиваются в линейный ускоритель. Таким образом, вместо непрерывного повторного использования пучка частиц, в то время как его эмиттанс увеличивается за счет испускания синхротронного излучения , рециркулируется только его кинетическая энергия, что обеспечивает низкий эмиттанс луча при сохранении высоких частот повторения, сравнимых с синхротронами .
- Заряженные частицы (обычно электроны) вводятся в линейный ускоритель (ускоритель), где частицы ускоряются радиочастотным (РЧ) полем.
- Пучок ускоренных частиц выходит из линейного ускорителя и проходит через ряд магнитов, которые направляют луч обратно к началу линейного ускорителя.
- Длина пути луча такова, что возвращающиеся частицы сдвинуты по фазе примерно на 180 градусов с частицами, ускоряемыми линейным ускорителем.
- Разность фаз приводит к замедлению возвращающихся частиц, в то время как вновь впрыскиваемые частицы ускоряются. Кинетическая энергия замедляющихся частиц увеличивает напряженность радиочастотного поля, которое используется ускоряемыми частицами.
Линейные ускорители рекуперации энергии по всему миру
[ редактировать ]Брукхейвенская национальная лаборатория
[ редактировать ]BNL-ERL рассчитан на ток 500 мА при 20 МэВ. Сейчас он находится в стадии ввода в эксплуатацию в отделе ускорителей коллайдеров Брукхейвенской национальной лаборатории. Одной из главных особенностей этого ERL является сверхпроводящая лазерная RF-пушка с фотокатодом, работающая от клистрона непрерывного действия мощностью 1 МВт и оснащенная системой блокировки нагрузки для установки фотокатодов с высокой квантовой эффективностью. Эта пушка ERF будет обеспечивать электронные лучи высокой яркости и беспрецедентной средней мощности. Цель этого ERL — служить платформой для исследований и разработок в области сильноточных ERL. В частности, вопросы генерации и управления гало, вопросы режима высшего порядка, когерентного излучения луча и высокой яркости, генерации и сохранения луча высокой мощности. После его завершения мы планируем использовать его для различных приложений, таких как генерация ТГц излучения и рентгеновских лучей высокой мощности за счет комптоновского рассеяния лазерного света на электронном луче. [5]
Корнелльский университет
[ редактировать ]Корнеллский университет в партнерстве с Брукхейвенской национальной лабораторией находится в процессе строительства CBETA. [6] [7] ERL, построенный с использованием оптики FFAG и сверхпроводящих радиочастотных резонаторов, нацеленный на ток непрерывного электронного луча до 100 мА при энергии до 150 МэВ, в рамках исследовательской программы будущего электрон-ионного коллайдера .
Проект по превращению LHC ЦЕРН в LHeC
[ редактировать ]Недавнее исследование предлагает улучшить ) ЦЕРН Большой адронный коллайдер ( БАК , крупнейший из существующих в настоящее время ускорителей (2013 г.), добавив к большому накопительному кольцу БАК тангенциальную конструкцию из двух линейных ускорителей восстановления энергии электронов, каждый длиной 1008 м. длины, что дает возможность получать не только адрон-адронные столкновения, но и, например, адрон-электронные, и таким образом усовершенствовать БАК в своего рода " БЖК ".
За это предложение, исходившее от специального комитета физиков ЦЕРН, М. Кляйн (Ливерпульский университет) по предложению Института физики Великобритании получил в 2013 году взаимную премию Макса Борна Британского и Немецкого физических обществ . [8] [9]
См. также
[ редактировать ]- АЛИСА (ускоритель) , прототип линейного ускорителя с рекуперацией энергии, в лаборатории Дарсбери в Чешире, Англия.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Грюнер, С.М.; Бильдербек, Д.; Базаров И.; Финкельштейн, К.; Крафт, Г.; Мерминга, Л.; Падамси, Х.; Шен, Кью; Синклер, К.; Тигнер, М. (2002). «Линейные ускорители с рекуперацией энергии как источники синхротронного излучения (приглашаются)» . Обзор научных инструментов . 73 (3): 1402. Бибкод : 2002RScI...73.1402G . дои : 10.1063/1.1420754 .
- ^ Тигнер, Мори (1965). «Возможное устройство для экспериментов на столкновении электронных пучков». Нуово Чименто . 37 (3): 1228–1231. Бибкод : 1965NCim...37.1228T . дои : 10.1007/bf02773204 .
- ^ Ричард Талман (2007). «10». Ускорительные источники рентгеновского излучения . Джон Уайли и сыновья. п. 299. ИСБН 978-3527610297 .
- ^ Джон К. Хеммингер (май 2009 г.). Источники фотонов следующего поколения для решения серьезных задач науки и энергетики (PDF) (Отчет). Департамент энергетики США . Проверено 1 октября 2013 г.
- ^ «ЭРЛ SRF 300 мА: И. Бен-Цви» (PDF) . Bnl.gov . Проверено 4 августа 2018 г.
- ^ «КЛАСС: Линак с рекуперацией энергии» . Classe.cornell.edu . Проверено 4 августа 2018 г.
- ^ GH Hoffstaetter и др., «Отчет о проекте CBETA, ускоритель испытаний ERL Cornell-BNL» , Classe-cornell.edu, 2017.
- ^ Кляйн, Макс (2013). «Ренессанс на виду». Физический журнал 12 (8/9): 61–66 (на немецком языке).
- ^ О. Брюнинг, М. Кляйн: Подготовка к будущему протон-лептонному коллайдеру в ТэВ-системе центра масс. Архивировано 21 сентября 2013 г. в Wayback Machine , ЦЕРН, внутренний отчет; позвонили 2013, 17 сентября.