Многократная экстракция ионов из электронно-струнного источника "Крион-6Т" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Рассадов Дмитрий Николаевич

• Рассадов Дмитрий Николаевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Рассадов Дмитрий Николаевич

Введение

Глава 1. Описание и принцип работы ионных источников «Крион»

1.1 Введение к главе

1.2 Основные этапы получения ионов

1.3 Актуальное состояние электронно-струнного источника ионов «Крион-6Т»

1.4 Работа ионного источника в режиме электронной струны

1.5 Сравнение с другими научными центрами

1.6 Увеличение интенсивности ионов с помощью многократной инжекции

1.7 Выводы к главе

Глава 2. Создание новой системы вывода ионов

2.1 Постановка задачи

2.2 Концепция новой системы

2.2 Создание новой системы трубок дрейфа

2.3 Расчёт распределения потенциалов по длине трубок дрейфа

2.4 Создание новой системы вывода ионов

2.5 Калибровка времени формирования высоковольтных импульсов для быстрого вывода ионов из источника «Крион-6Т»

2.6 Программная часть

2.7 Результаты измерений длительности импульсов ионов Хе на ионном коллекторе источника «Крион-6Т»

2.8 Результаты работы новой системы вывода в ходе сеанса «Крион-6Т»-ЛУТИ-Бустер

2.9 Выводы к главе

Глава 3. Получение многократной экстракции ионов из источника «Крион-6Т»

3.1 Стендовые испытания схемы многократной экстракции ионов

3.2 Динамическая система коррекции накала катода

3.3 Настройка ионного источника для многократной инжекции

3.4 Многократная инжекция в ЛУТИ

3.5 Накопление ионов в Бустере

3.6 Выводы к главе

Глава 4. Получение ионов висмута

4.1 Введение к главе

4.2 Устройство для получения ионов висмута

4.3 Выводы к главе

Заключение

Благодарности

Цитируемая литература

Приложение №

Приложение №

Приложение №

Приложение №

Приложение №

Введение

В Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в настоящее время завершается строительство и готовится к запуску новый ускорительный комплекс NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility). Ускорительный комплекс NICA планируется использовать для решения широкого спектра задач - как исследований в области релятивистской ядерной физики, физики спина частиц, так и задач радиобиологии и прикладных исследований [1].

Электронно-струнный ионный источник «Крион-6Т» [2, 3] является основным устройством для получения тяжелых ионов для инжекционного комплекса NICA. Источник был создан в Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ и несколько раз использовался как источник пучков тяжелых ионов 12С6+, 40Ar16+, 78Kr26+ для инжектора ЛУ-20 в сеансах ускорения на Нуклотроне в период 2014 ^ 2018 гг. [4, 5, 6, 7]. В рамках четвертого этапа пусконаладочных работ (ПНР) комплекса NICA в 2022 - 2023 гг. ионы 124Xe28+, полученные с помощью электронно-струнного источника ионов «Крион-6Т», были ускорены на ускорительном комплексе ЛУТИ - Бустер - Нуклотрон до энергии 300 МэВ/нуклон, ободраны на фольге до состояния полностью ободранных ядер 124Хе54+, ускорены в Нуклотроне до энергии 3,5 ГэВ/нуклон и выведены на фиксированную мишень в рамках длительного (~ 4,5 месяцев) набора статистики в эксперименте коллаборации BM@N.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многократная экстракция ионов из электронно-струнного источника "Крион-6Т"»

Актуальность работы

Первой ступенью инжекционного комплекса NICA является электронно-струнный источник ионов «Крион-6Т», обеспечивающий ионами всю последующую систему ускорительного комплекса: ЛУТИ (линейный ускоритель тяжелых ионов) - Бустер (бустерный синхротрон) - Нуклотрон - накопительные кольца коллайдера NICA.

Создание инжекционного устройства - ионного источника необходимой интенсивности для достижения проектной светимости коллайдера NICA является исключительно важной задачей и для её успешного решения необходимо решить

ряд технических вопросов и создать необходимые подсистемы источника ионов, а также программные средства для управления и диагностики.

Опыт работы с ионным источником электронно-струнного типа «Крион-6Т» показал, что в настоящее время можно получить на выходе источника, расположенного на высоковольтной платформе перед линейным ускорителем ЛУТИ, порядка ~ 2 х 108 ионов целевой зарядности для 124хе26+^28+ и порядка ~ 1 х 108 ионов целевой зарядности для 209Б136+. С учетом неизбежных дополнительных потерь в последующей ускорительной цепочке ЛУТИ-Бустер-Нуклотрон недостаточно для достижения проектной интенсивности.

Один из возможных вариантов обеспечения нужной светимости был предложен В.А. Лебедевым (ЛФВЭ ОИЯИ). Было предложено накапливать до 10 ионных сгустков, выведенных из источника и ускоренных в ЛУТИ на энергии инжекции в Бустере. Для этого необходимо использовать электронное охлаждение ионных пучков в Бустере в продольном направлении. Электронное охлаждение в продольном направлении происходит значительно быстрее, чем в поперечном, что позволяет охладить вновь инжектированный сгусток ионов за время ~ 100 мс. Орбита Бустера в таком режиме накопления с охлаждением разделяется на две примерно равные части: одна часть для уже инжектированных и охлажденных сгустков, а другая - для вновь инжектированных. Такой режим накладывает ограничение сверху на длительность ионного импульса, выведенного из «Крион-6Т» на уровне не выше ~ 4 мкс, что соответствует половине времени одного оборота ионного сгустка в Бустере на энергии инжекции.

Таким образом, для реализации предложенного режима накопления в Бустере необходимо было реализовать стабильную работу источника «Крион-6Т» со следующими параметрами: 1) длительность каждого выведенного ионного сгустка не более 4 мкс; 2) интервал между последовательными выведенными сгустками в «пачке» 100 ^ 500 мс; 3) количество выведенных сгустков в «пачке» до 10; 4) интервал между «пачками» сгустков 6 секунд и выше.

До начала этих работ система вывода ионов из ионной ловушки источника «Крион-6Т» позволяла выводить ионы с длительностью не менее 12 ^ 15 мкс, и в

стандартном режиме работы источника осуществлялась экстракция одного ионного сгустка из источника 1 раз в несколько секунд. Время ионизации инжектированных в «Крион-6Т» нейтралов ксенона или висмута не превышает 40 мс, поэтому даже работа источника с частотой 10 Гц (экстракция ионов каждые 100 мс) на первый взгляд не представляет сложностей. Тем не менее, работа источника с частотой 10 Гц требует совершенно других технологических решений, вызванных необходимостью быстрого (за десятки мс) снижения накала катода электронной пушки источника в интервале между последовательными экстракциями ионов.

Таким образом, для уменьшения длительности выведенного ионного пучка потребовалась модернизация системы вывода ионов - как «механической» части (определяющейся геометрической конфигурацией трубок структуры дрейфа), так и электрической - с принципиально иным подходом для вывода ионов. В новой системе подключение выводных потенциалов и время их включения определяются новой дополнительной системой синхронизации. Также используется система многократного вывода (экстракции) ионов из источника для последующей многократной инжекции в Бустер.

Для получения ионов висмута, наиболее тяжёлого иона из стабильных элементов, необходимого для исследований на коллайдере, потребовалось создать простую и эффективную систему инжекции паров висмута в источник ионов.

Актуальность и постановка задачи повышения интенсивности накапливаемых в Бустере ионов определили цели работы:

1. Обеспечить многократный вывод ионов из источника «Крион-6Т» (до 10 импульсов в пачке) с интервалом между импульсами в диапазоне 100 ^ 500 мс.

2. Создать систему вывода ионов из источника с длительностью ионного импульса ~ 4 мкс, что соответствует половине времени одного оборота пучка в Бустере на энергии инжекции.

3. Создать систему инжекции паров твердых веществ и получить ионы висмута со средней зарядностью до Bi37+.

Для достижения поставленных целей потребовалось решить следующие задачи:

- создать и испытать прототип системы многократного вывода ионов при существующей схеме вывода и синхронизации;

- разработать новую концепцию вывода ионов с использованием дополнительной системы временной синхронизации;

- разработать новую концепцию вывода ионов - формирование ловушки, потенциальных барьеров и «выводного» потенциала на основе персональной подачи напряжения в заданное время для каждой секции структуры дрейфа (выводной потенциал в этом случае формируется динамически и является, вообще говоря, индивидуальным для каждой трубки дрейфа);

- провести сеансы совместной работы «Крион-6Т»-ЛУТИ и проверить возможность многократной экстракции пучка ионов из источника и инжекции в линейный ускоритель, ускорить ионы до энергии 3,2 МэВ/н и провести подготовку для инжекции ионов в Бустер;

- разработать устройство для инжекции паров твердых веществ в электронную струну и получения ионов висмута.

Новизна работы

Реализованы:

- новая концепция вывода ионов - формирование ловушки, потенциальных барьеров и «выводного» потенциала на основе персональной подачи напряжения в заданное время для каждой секции структуры дрейфа, обеспечивающая длительность ионного импульса ~ 4 мкс;

- многократный импульсный вывод ионов из источника для накопления ионов в Бустере с интервалом между импульсами 100 ^ 500 мс и числом импульсов в пачке до 10 штук;

- осуществлена многократная (3, 5, 7, 10 импульсов) экстракция ионов и, соответственно, инжекция ионов в ЛУТИ, и проведено накопление ионов в бустерном синхротроне в ходе сеанса ПНР № 1 комплекса NICA в 2025 году;

- разработано устройство для инжекции паров твердых веществ и получения ионов висмута, расположенное внутри сверхпроводящего соленоида при температуре 4,2 К.

Практическая значимость работы

В ходе выполнения данной работы разработаны, испытаны и готовы к использованию система вывода ионов и многократной инжекции для настройки инжекционного комплекса «Крион-6Т»-ЛУТИ-Бустер-Нуклотрон и запуска коллайдера.

По результатам данной работы показано, что при использовании многократной инжекции ионов из источника «Крион-6Т», достигнуто повышение интенсивности ионов в Бустере в несколько раз: в 3 раза при 5-кратной и в 7 раз при 10-кратной инжекции.

Создано устройство для инжекции твердых веществ и получения ионов висмута Bi37+, что позволит в будущем получать и ускорять ионы висмута в физических экспериментах при столкновениях на коллайдере NICA.

Положения, выносимые на защиту:

- новая концепция вывода ионов - формирование ловушки, потенциальных барьеров и «выводного» потенциала на основе персональной подачи напряжения в заданное время для каждой секции трубки дрейфа [А.2-А.5];

- высоковольтная импульсная система вывода ионов из источника «Крион-6Т» и ее настройка в части подбора потенциалов и времён для вывода ионов [А.3-А.6];

- использование динамического уменьшения накала катода в течение серии импульсов, что позволило избежать его дополнительного разогрева и добиться устойчивого многократного режима ионизации [А.1];

- результаты сеанса работы «Крион-6Т»-ЛУТИ и получение многократного пучка ионов, ускоренных до энергии 3,2 МэВ/н для подготовки инжекции в Бустер и результаты накопления ионов после многократной (5, 7, 10 импульсов в пачке) инжекции в ходе сеанса ПНР №2 1 комплекса NICA (в части, касающейся источника ионов «Крион-6Т») [А.6];

- устройство для инжекции паров твердых веществ и получения ионов висмута [А.1].

Достоверность результатов

Ключевым фактором достоверности полученных результатов являются итоги ускорительных сеансов 2023 - 2025 гг., в ходе которых был осуществлен многократный вывод ионов из источника ионов «Крион-6Т», ионы Хе26+ ускорены до энергии 3,2 МэВ/н, проведена многократная инжекция ионов и осуществлено накопление ионов в Бустере и получено увеличение интенсивности ионов в 3 раза при 5-кратной и в 7 раз при 10-кратной инжекции.

Личный вклад автора

Все результаты, приведенные в диссертационной работе, получены автором или при его определяющем участии. Автор принимал определяющее участие в создании, испытании и настройке новой системы вывода ионов. Разработка эскизов, подготовка конструкторской документации и контроль изготовления новых устройств в Экспериментальных мастерских ЛФВЭ ОИЯИ проводились автором лично. Измерения и обработка результатов испытаний системы вывода ионов проводилась автором лично или с определяющим участием. Разработка и корректировка программного обеспечения по результатам испытаний проводилась под руководством автора. Доклады на конференциях КиРАС'23 и КиРАС'25 подготовлены и представлены автором. В ходе работы, коллегами автора были представлены доклады на конференциях молодых учёных, подготовленные под руководством автора диссертации.

Основные результаты исследования изложены в 4 научных работах, опубликованных в рецензируемых изданиях и соответствующих требованиям к публикациям Положения о присуждении ученых степеней в ОИЯИ.

Апробация работы

Результаты, вошедшие в диссертационную работу, докладывались автором

на:

XXVIII International Conference "Russian Particle Accelerators Conference RuPAC'23, September 11-15, 2023 at the Budker Institute of Nuclear Physics SB RAS, Novosibirsk;

XXIX Международная конференция «Российская конференция по ускорителям заряженных частиц RuPAC'2025», 15-19 сентября 2025 года.

Работа коллектива сектора №3 НЭОИКН «Разработка, создание и апробация системы быстрого вывода пучков высокозарядных ионов из источника «Крион-6Т» в режиме многократной инжекции в Бустер» отмечена Первой премией на конкурсе работ Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ в 2024 году.

Материалы диссертации опубликованы в 5-ти печатных работах: из них 4 статьи в рецензируемых журналах [А.1-А.4], 1 статья [А.5] в сборнике трудов конференции и 2 публикации в тезисах докладов, соответствующие статьи в настоящее время находятся в печати.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 5 приложений. Полный объём диссертации составляет 87 страниц, включая 52 рисунка и 5 таблиц. Список литературы содержит 54 наименования.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации:

[А. 1] D. N. Rassadov, A. Yu. Boytsov, E. A. Butenko, S. V. Gudkov, D. E. Donets, E. D. Donets, E. E. Donets, N. A. Malyshev, D. O. Ponkin, A. Yu. Ramzdorf, V. V. Salnikov, V. B. Shutov/ Prospects for Using the Source of Krion-6T Multicharged Ions on the NICA Injection Complex: The Multiple Injection of Heavy Element Ions PHYSICS AND TECHNIQUE OF ACCELERATORS, Published: 07 June 2024, Volume 21, pages 236-240, (2024). https://doi.org/10.1134/S1547477124700055

[А.2] E.A. Butenko, D.N. Rassadov. et al. Electron String Ion Source (ESIS) Ion Trap Control System Development PHYSICS AND TECHNIQUE OF ACCELERATORS Published: 14 August 2024 Volume 21, pages 750-752, (2024). https://doi.org/10.1134/S1547477124701255

[A.3] Butenko E.A., Rassadov D.N. et al. Electron String Ion Sources (ESIS) Electronics Development. Phys. Part. Nuclei Lett. 21, 753-756 (2024).

https://d0i.0rg/1Q.1134/S1547477124701267

[А.4] A. Yu. Boytsov, E. A. Butenko, E. E. Donets, D. E. Donets, N. A. Malyshev, D. O. Ponkin, A. Yu. Ramzdorf, D. N. Rassadov and V. B. Shutov. Cathode Assembly Electronics Development for Electron String Ion Sources (ESIS). ISSN 1547-4771, Physics of Particles and Nuclei Letters, 2023, Vol. 20, No. 6, pp. 1519-1522. © Pleiades Publishing, Ltd., 2023.

[А.5] M. Dzugaev, D. Ponkin, E. Butenko, N. Malyshev, D. Rassadov and E. Matyuhkanov, "Fast Ion Extraction Control System for ESIS", 2025 IEEE 26th International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM), Altai, Russian Federation, 2025, pp. 410-413, doi: 10.1109/EDM65517.2025.11096888.

https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.isp?tp=&arnumber=11Q96888&isnumber=11Q9 6632

[А.6] Рассадов Д.Н., Бойцов А.Ю., Бутенко Е.А., Гудков С.В., Дзугаев М.Г., Донец Д.Е., Донец Е.Е., Малышев Н.А., Понкин Д.О., Рамздорф А.Ю., Сальников В.В., Шутов В.Б. Статус источника высокозарядных ионов «Крион-6Т» и получение многократной инжекции ионов для ускорительного комплекса «NICA». Двадцать девятая международная конференция «Российская конференция по ускорителям заряженных частиц RuPAC'2025»: Сборник тезисов международной конференции (Санкт-Петербург, 15-19 сентября 2025 г.). - СПб.: АО «НИИЭФА», 2025. - 262 с.

[А.7] Тамашевич Е.С., Левтеров К.А., Головенский Б.В., Мончинский В.А., Мялковский В.В., Донец Е.Е., Донец Д.Е., Рамздорф А.Ю., Бойцов А.Ю., Понкин Д.О., Рассадов Д.Н., Елкин В.Г., Сыресин Е.М., Лебедев В.А., Бутенко А.В. Получение многократной инжекции высокозарядных ионов от источника «Крион-6Т» в Бустере ускорительного комплекса «NICA». Двадцать девятая международная конференция «Российская конференция по ускорителям заряженных частиц RuPAC'2025»: Сборник тезисов международной конференции (Санкт-Петербург, 15-19 сентября 2025 г.). - СПб.: АО «НИИЭФА», 2025. - 262 с.

Глава 1. Описание и принцип работы ионных источников «Крион»

1.1 Введение к главе 1

В данной главе приводится описание и принцип работы ионных источников «Крион». Рассмотрены предложенные в 1967 году Е.Д. Донцом [8, 9, 10] электронно-лучевой метод получения высокозарядных ионов и метод последовательной ионизации получившие развитие в работах [11-17]. Также здесь необходимо отметить значительный вклад в физику высоких энергий результатов, полученных в сеансах Синхрофазотрона и Нуклотрона с использованием электронно-лучевых источников [18-20].

В 1994 году Е.Д. Донцом обнаружен феномен электронной струны [21, 22], который заложил основу создания нового типа источников - электронно-струнных (ESIS - electron string ion source), являющихся развитием электронно-лучевых источников.

Феномен электронной струны характеризуется следующими положениями:

1. Электронная струна - обнаруженное в ЛВЭ ОИЯИ стационарное состояние высокотемпературной однокомпонентной электронной плазмы, удерживаемой сильным магнитным и слабым электрически полями.

2. Состояние электронной струны квазистабильное и спокойное в достаточно широких пределах параметров, так что она может использоваться для удержания положительных ионов и доведения их до высоких зарядовых состояний за счет обдирки орбитальных электронов электронами струны.

3. Электронно-струнный ионный источник был разработан в ЛВЭ и впервые был применен на Нуклотроне для ускорения N6+, N7+, Ar16+ и Fe24+ в сеансах Нуклотрона в 2002 и 2003 гг. [4].

Экспериментальные исследования режима струны позволили сформулировать следующие результаты [22]:

1. При фиксированном напряжении на катоде электронной пушки накопленный заряд электронов в ловушке для режима электронной струны был заметно выше, чем при накоплении в одноимпульсном режиме, что весьма полезно для повышения выходных характеристик источника ионов.

2. Зарегистрирован существенный (до 30%) энергетический разброс электронов в струне при накоплении электронов первоначально моноэнергетического пучка, причем большая часть накопленных в струне электронов имела энергию, меньшую первоначальной, определяемой разностью потенциалов между катодом и анодом, а часть электронов (около 7 - 10%) имела энергию, большую по сравнению с первоначальной.

3. В режимах, близких к режиму струны, в электронном облаке наблюдаются интенсивные продольные колебания с частотой в несколько мегагерц.

4. Переход в режим электронной струны соответствует фазовому переходу

— от двухпотоковой фазы в фазу электронной плазмы с 30% энергетическим разбросом электронов.

5. Динамика формирования электронной струны в эксперименте в значительной мере определяется уходом электронов из системы в поперечном по отношению к оси магнитного поля направлении.

Образование электронной струны можно рассматривать как фазовый переход

- скачком изменяется количество накопленных электронов, ионов, рост среднего заряда ионов в пучке при том же времени инжекции/ионизации.

На рисунке 1.1 представлен спектр накопленных электронов [23]. Характерная ширина спектра ДЕ/Е ~ 0,3, при этом около 10% электронов струны имеют энергию выше той, что они приобрели при ускорении в пушке. Их дальнейшее доускорение, по-видимому, также связано с развитием неустойчивости в струне. Формирование многозарядных ионов в Б818 обусловлено ультравысоким вакуумом порядка 10-12 Торр в дрейфовой камере благодаря тому, что она находится при гелиевой температуре. В результате при столь высоком вакууме эффекты рекомбинации не вносят заметного вклада в формирование ионов.

Энергия электронов струны, Рисунок 1.1 - Распределение электронов по энергии в струне

при Ц

катода

= 2,9 кВ

1.2 Основные этапы получения ионов

Метод получения ионов высокой зарядности носит импульсный характер и предполагает последовательное выполнение следующих основных операций [8]:

1. Получение достаточно протяженного электронного пучка заданной энергии и плотности;

2. Создание ловушечной конфигурации электрического потенциала вдоль пучка;

3. Инжекция определенного (заданного) количества ионов в ловушку за определенный период времени;

4. Удержание ионов в объеме электронного пучка в течение времени, достаточного для достижения ионами заданной зарядности (обеспечение необходимой величины у'т;);

5. Вывод ионов из ловушки вдоль электронного пучка и подготовка к следующему циклу.

На рисунке 1.2 представлена схема инжекции ионов и распределение потенциалов по оси пучка в различных режимах работы.

к- й -А--8

I—Л—I-- 6---]

Рисунок 1.2 - Схема инжекции ионов из области А в ловушку В. Распределение потенциалов: а - подготовка, б, б' - процесс инжекции, в - начало ионизации Технически ввод рабочего газа в секцию инжекции источника осуществляется в районе 3 секции структуры дрейфа (рисунок 1.5 на стр. 19), к которой подведен тонкий тефлоновый капилляр (0 1 мм), соединенный с натекателем, который в свою очередь подсоединен к баллону с газом. Давление в баллоне с газом ~ 5 - 9 х 10-1 мбар. Рабочий газ непрерывно поступает в секцию инжекции и электронный пучок всегда пересекает область с газом, инжекция при этом осуществляется повышением потенциала на 2 секции, таким образом, что получающиеся низкозарядные ионы заполняют область ловушки (рисунок 1.2б) После необходимого (заданного) времени инжекции поднимается потенциал на секции 7 (рисунок 1.2в), находящейся на гелиевой части структуры дрейфа и запирает ловушку. Ионы, оказавшиеся в области В, оказываются «запертыми» двумя потенциалами и происходит ионизация в течение заданного времени.

Необходимое условие для получения ионов высокой зарядности - исключение возможности проникновения нейтрального газа и низкозарядных ионов из области инжекции.

Физические основы формирования электростатической ловушки в объёме электронного пучка и способы вывода ионов из ловушки

В отсутствии ионов в достаточно общем случае неаксиального прохождения электронного пучка, имеющего постоянные по длине радиус и объёмную плотность электронов, потенциал имеет следующий вид:

_ Я2-2гасозф+—

, 5 1п—--вне пучка

и(г,ф)= идтт+{ г2-2гасоз<р+а2 (1Л)

[1п (Я2 - 2гас0Б^ + - - 1 -22гС05<р + ЫгЩ

внутри пучка

Где (см. рисунок 1.3 а): идт - потенциал трубки дрейфа,

- линейная плотность заряда электронов пучка, Я - радиус поперечного сечения трубки дрейфа, а - расстояние между осями трубки дрейфа и пучка, г0 - радиус поперечного сечения электронного пучка, г, ф - текущие координаты, г < Я, г0 < Я, Ь >> Я (Ь длина системы).

В случае аксиальной симметрии (а = 0) выражение имеет вид:

U(r,<p) = ид.т. + <

S-

R

2S 1п— вне пучка

Ri г2\ 2ln--+ (1--2 ) внутри пучка

г0 V го Л

(1.2)

В частном случае (1.2) картина потенциала симметрична относительно оси системы и минимум потенциала находится в точке г = 0, т.е. на оси пучка. В общем случае (1.1) картина потенциала деформирована, минимум потенциала не совпадает с осью пучка и значение потенциала в минимуме зависит от смещения а, как показано на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Различные положения электронного пучка (с центром поперечного сечения в т. 0') в поперечном сечении трубки дрейфа (с центром в т. 0) и соответствующие этим положениям картины потенциала пространственного

заряда вдоль линии А-А Для вариации потенциала вдоль оси системы имеется несколько возможностей, простейшая из которых - секционирование дрейфовой трубки и прикладывание различных потенциалов ид.т. к различным секциям. Вид потенциала вдоль оси пучка для разных типов экстракции ионов представлен на рисунке 1.4.

[— д-4.- в

64

Рисунок 1.4 - Распределения потенциалов по длине ловушки при выведении ионов: а - пассивная экстракция, б, б'- с монохроматизацией, в - активная, быстрая [8]. Подробная реализация систем вывода ионов представлена в Главе 2

1.3 Актуальное состояние электронно-струнного источника ионов «Крион-6Т»

Источник ионов «Крион-6Т» представляет собой электронно-струнный источник (ESIS), включающий в себя основные составные части: сверхпроводящий соленоид, работающий в режиме замкнутого тока, магнитное поле 5 Т при 95 А, гелиевый и азотный криостаты, структуру дрейфа ионов - набор соосно установленных трубок с системой подвода управляющих потенциалов, вакуумную систему (вакуум на тёплых стенках 2 - 6 х 10-8 мбар; вакуум внутри трубок дрейфа менее 1 х 10-10 мбар), электронную пушку, электронный отражатель, систему синхронизации, высоковольтную систему управления ионной ловушкой и выводом ионов, систему синхронизации, высоковольтную систему управления ионной ловушкой и выводом ионов, выводные корректирующие линзы ионной оптики. Вакуумная система источника состоит из двух турбомолекулярных насосов и одного форвакуумного насоса и системы защитных блокировок для безопасной работы.

Соленоид ионного источника длиной 1,2 м состоит из 24 слоев ЫЪ-Т сверхпроводящего провода диаметром 0,54 мм, намотанного на медный каркас. Общая схема работы сверхпроводящего ключа, с помощью которого осуществляется работа в замкнутом режиме тока, описана в [24].

Электронная пушка имеет катод диаметром 1,2 мм, изготовленный из 1гСе, катод нагревается пропусканием через него переменного тока. Ускоряющее напряжение регулируется в пределах 1 - 10 кВ (в настоящее время рабочее напряжение 5,44 кВ). Электронная пушка имеет возможность регулировки в плоскости х-у в пределах 3 мм, устройство для движения пушки было разработано автором диссертации. Особенность устройства заключается в том, что движение пушки можно осуществлять при работающем источнике (без подачи ускоряющего напряжения с импульсных трансформаторов).

Источник ионов «Крион-6Т» (в разрезе) показан на рисунке 1.5, где цифрами обозначены: 1 - сверхпроводящий соленоид, 2, 3 - гелиевый и азотный криостаты, 4 - структура дрейфа ионов (набор соосно установленных трубок с системой

подвода управляющих потенциалов), 5 - электронная пушку, 6 - электронный отражатель.

гя Нгв

Рисунок 1.5 - Источник «Крион-6Т» (разрез) Выводные корректирующие линзы ионной оптики для транспортировки пучка из источника ионов до ускоряющей трубки ЛУТИ представлены на рисунке 1.6.

Потенциал КРИОНа

Рисунок 1.6 - Линия транспорта пучка ионов от источника до ускоряющей трубки

ЛУТИ

Общая длина линии от отражателя до ускорительной трубки ~ 950 мм и включает в себя: 3 дефлектора, систему диагностики положения пучка из 2 коллекторов-профилометров - 36-пиновый на выходе Ь2 и 5-пиновый перед ускорительной трубкой, и электростатические линзы.

Линия транспорта ионов от выхода из источника до ускорительной трубки является весьма критическим узлом инжекционного комплекса. Опыт работы показал, что потери ионов в данном узле могут быть достаточно значительными, что обусловлено большой длиной пути, который проходят ионы низкой энергии. Фактически до первого ускоряющего промежутка с напряжением 12 кВ ионы летят в среднем с энергией структуры и выводного импульса через 3 дефлектора, на элементы которых подается напряжение до 3 кВ для «выставления» пучка на ось ускорителя, которые весьма чувствительны к вакуумным условиям. В настоящее время на эти элементы подается постоянное напряжение и при «касании» пучка ионов возможно выбивание электронов, которые в свою очередь могут провоцировать разряды как между элементами оптики, так и между высоковольтными вакуумными токовводами. Токи утечки в местах таких разрядов минимальны и локализовать их достаточно трудно, тем не менее они вызывают просадки напряжения и меняют траектории движения ионов. Более подробно обсуждение этой проблемы и пути решения приведены в главе 3.

1.4 Работа ионного источника в режиме электронной струны

На рисунках 1.7 и 1.8 представлены графики с пульта управления «Крион-6Т», находящегося в настоящее время на высоковольтной платформе инжекционного комплекса. На графиках представлен сигнал с осциллографа, измеряющего сигнал и ионного коллектора на выходе из источника. На графике виден рост количества ионного тока после образования струны примерно в 6 раз. Более того, необходимо отметить, что при переходе в струнный режим растёт не только количество ионов, но и возрастает средняя зарядность ионов в струне. Это хорошо видно на сигналах с датчиков тока «Вег§07» (https://www.bergoz.com/products/) в ЛУТИ в двух режимах работы источника ионов.

Рисунок 1.7 - Отражательный режим работы без образования электронной струны

Рисунок 1.8 - Режим электронной струны На рисунках 1.9 - 1.10 показано, что при малом токе ионов Хе (со средней зарядностью 26+) при образовании струны сигнал на входе в имеет некоторый заряд, а ускоренные ионы Хе26+ видны после и после ускорения в танках.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рассадов Дмитрий Николаевич, 2026 год

Цитируемая литература

1. Технический проект ускорительного комплекса NICA: [B 4 т.]/ Объединенный институт ядерных исследований; Общ. ред.: И.Н. Мешков, ГЗ. Трубников; Науч. рук. проекта: И.Н. Мешков; Рук. проекта: ГЗ. Трубников; Зам. рук. проекта: АЗ. Бутенко, А.О. Сидорин, Г.Г. Ходжибагиян [и др.]. - Дубна: ОИЯИ, 2015. - ISBN 978-5-9530-0416-9. С345а.

2. Агапов Н.Н. [и др.]. Ход реализации проекта «Нуклотрон-М» (по итогам сеансов No.37, 38) /. - Дубна: ОИЯИ, 2009. - 16 с. - (ОИЯИ; Р9-2009-38). -URL: http://wwwinfo.jinr.ru/publish/Preprints/2009/038(P9-2009-38).pdf. - Библиогр.: 9.

3. Итоги 40-го и 41-го сеансов Нуклотрона / А.С. Аверичев, Н.Н. Агапов, [и др.]. - Дубна: ОИЯИ, 2010. - 16 с.: ил. - (ОИЯИ; Р9-2010-68). - URL: http://www1.jinr.ru/Preprints/2010/068(P9-2010-68).pdf. - Библиогр.:2.

4. E. D. Donets, D. E. Donets, E. E. Donets, V. V. Salnikov, V. B. Shutov, S. V. Gudkov, Yu. A. Tumanova, V. P. Vadeev. Laboratory of High Energies, Joint Institute for Nuclear Research, 141980 Dubna, Russia Rev. Sci. Instrum. 75, 1543-1545 (2004), https://doi.org/10.1063/L1691510.

5. Модернизация инжекционного комплекса Нуклотрон/ АЗ. Бутенко, А.И. Говоров, Д.Е. Донец, Е.Д. Донец, Е.Е. Донец, К.А. Левтеров, BA. Мончинский, А.О. Сидорин, ГЗ. Трубников, B.B. Фомушкин // Физика элементарных частиц и атомного ядра. Письма. - 2012. - Т.9, No.4/5. - с.654-665. -URL: http://www1.jinr.ru/Pepan letters/panl 2012 4-5/17 but.pdf. - Библиогр.:14.

6. Итоги 40-го и 41-го сеансов нуклотрона / А.С. Аверичев, Н.Н. Агапов, АЗ. Алфеев, BA. Андреев, А.М. Базанов, B.R Батин, Н.А. Блинов, О.И. Бровко, АЗ. Бутенко, БЗ. Bасилишин, B.R Bолков, А.И. Говоров, E.B. Горбачев, СЗ. Гудков, И.К. Джакупов, Е.Д. Донец, Е.Е. Донец, Д.Е. Донец, [и др.]. - Дубна: ОИЯИ, 2010. - 16 с.: ил. - (ОИЯИ; Р9-2010-68). - URL: http://www1.jinr.ru/Preprints/2010/068(P9-2010-68).pdf. - Библиогр.:2.

7. Донец Е.Е. «Крион» на Нуклотроне в 55-м сеансе: получены и ускорены пучки высокозарядных ионов углерода, аргона и криптона / Е.Е. Донец // Новости

ОИЯИ = JINR News. - 2018. - №3. - с.12-16. - URL: http://inis.jinr.ru/sl/NTBLIB/News 3 2018 P12.pdf. - Библиогр.:4.

8. Донец, Евгений Денисович. Электронно-лучевой метод ионизации в атомной физике и ускорительной технике: Автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.04.01 / Евгений Денисович Донец. - Дубна: ОИЯИ, 1980. - 44 с.: ил. - (ОИЯИ; 7-80-466). - URL: http://inis.jinr.ru/sl/NTBLIB/JINR-7-80-466.pdf. - Библиогр.: с. 4344.

9. Е.Д. Донец, В.И. Илющенко, В.А. Альперт, Электронно-лучевой источник многозарядных ионов, Препринт ОИЯИ Р7-4124, Дубна 1968.

10. Е.Д. Донец, В.И. Илющенко, Последовательная ионизация положительных ионов углерода и азота электронным ударом., Препринт ОИЯИ Р7-8310, Дубна 1974.

11. Е.Д. Донец, В.П. Овсянников, Исследование ионизации положительных ионов электронным ударом, ЖЭТФ, 1981, Т. 80, с. 916-925.

12. Е.Д. Донец, В.П. Овсянников, Получение ядер азота, кислорода, неона и аргона в электронно-лучевом ионном источнике «Крион-2», Препринт ОИЯИ Р7-10438, Дубна 1977.

13. Е.Д. Донец, В.П. Овсянников, Исследование ионизации положительных ионов C, N, O, Ne, Ar, Kr и Хе электронным ударом, Препринт ОИЯИ Р7-80-404, Дубна 1980.

14. Е.Д. Донец, В.П. Овсянников, Криогенный электронно-лучевой источник «Крион-2», Препринт ОИЯИ Р7-9799, Дубна 1976.

15. Е.Д. Донец, В.П. Овсянников, В.Г. Дудников, Получение ионов Хе48+ в электронно-лучевом ионизаторе «Крион-2», Препринт ОИЯИ Р7-12905, Дубна 1979.

16. Е.Д. Донец, А.И. Пикин, Ионизация положительных ионов аргона электронным ударом, Препринт ОИЯИ Р7-9243, Дубна 1975.

17. Получение ядер углерода и азота и высокозарядных ионов аргона и ксенона в электронно-лучевом ионном источнике / Е.Д. Донец, А.И. Пикин. -

Дубна: ОИЯИ, 1974. - 20 с. - (ОИЯИ; Р7-7999). - URL: http ://inis.i inr.ru/sl/NTBLIB/JINR-P7-7999.pdf. - Библиогр. : 11.

18. Синхрофазотрон ОИЯИ. Работа и совершенствование (II квартал 1978 г.) / В.П. Вадеев, М.А. Воеводин, Е.Д. Донец, В.Г. Дудников, В.П. Заболотин, Л.П. Зиновьев, А.С. Исаев, И.И. Карпов, А.Д. Коваленко, Б.Н. Кузихин,

A.А. Ларин, Л.Г. Макаров, Н.В. Осипов, В.Н. Перфеев, А.И. Пикин, И.Н. Семенюшкин, Ю.В. Смирнов, Ю.И. Тихомиров, С.В. Федуков,

B.И. Черников, Д.И. Шерстянов, И.Н. Яловой. - Дубна: ОИЯИ, 1978. - 12 с. -(ОИЯИ; 9-11990). - URL: http://inis.iinr.ru/sl/NTBLIB/JINR-9-11990.pdf. -Библиогр.: с.12.

19. Итоги 40-го и 41-го сеансов нуклотрона / А.С. Аверичев, Н.Н. Агапов, А.В. Алфеев, В.А. Андреев, А.М. Базанов, В.И. Батин, Н.А. Блинов, О.И. Бровко,

A.В. Бутенко, Б.В. Василишин, В. И.Волков, А.И. Говоров, Е.В. Горбачев,

C.В. Гудков, И.К. Джакупов, Е.Д. Донец, Е.Е. Донец, Д.Е. Донец [и др.]. - Дубна: ОИЯИ, 2010. - 16 с.: ил. - (ОИЯИ; Р9-2010-68). - URL: http://www1.iinr.ru/Preprints/2010/068(P9-2010-68).pdf. - Библиогр.:2.

20. Синхрофазотрон ОИЯИ. Работа и совершенствование (IV квартал 1982 г.) / А.Н. Баландиков, Ю.Д. Безногих, О.И. Бровко, В.Н. Булдаковский,

B.П. Вадеев, Б.В. Василишин, В.И. Волков, А.И. Голохвастов, Е.Д. Донец [и др.] -Дубна: ОИЯИ, 1983. - 13 с.: ил. - (ОИЯИ; 9-83-317). - URL: http://inis.iinr.ru/sl/NTBLIB/JINR-9-83-317.pdf. - Библиогр.: 12.

21. Донец, Е.Д. Феномен электронной струны: обнаружение, исследование, применение, The Electron String Phenomenon: Discovery, Research, Application / Е.Д. Донец // Новости ОИЯИ = JINR News. - 2003. - No.3. - с.12-17. - URL: http://www.iinr.ru/publish/News/News 2003 3.pdf. - Библиогр.:10.

22. Донец Е.Д., Донец Е.Е., Сыресин Е.М., Дубинов А.Е., Макаров И.В., Садовой С.А., Сайков С.К., Тараканов В.П., Нелинейная динамика продольных структур в электронном облаке коаксиального электронно-струнного ионного источника., Журнал технической физики, 2011, том 81, вып. 5, с. 103-110.

23. Д. Е. Донец, Е.Д. Донец, Е.Е. Донец, В.М. Дробин, В.В. Сальников, Е.М. Сыресин, А.В. Шабунов., В.Б. Шутов. Электронно-струнные источники многозарядных ионов с линейной и трубчатой геометрией струны, Прикладная физика, №3, 2010 г., PACS: 41.75.-i; 52.50.-b, УДК 621.384.6, с. 34-41.

24. Криогенно-магнитная система электронно-лучевого источника многозарядных ионов («Крион») / В.Г. Аксенов, Е.Д. Донец, А.Г. Зельдович, А.И. Пикин, Ю.А. Шишов. - Дубна: ОИЯИ, 1975. - 16 с. - (ОИЯИ; Р8-8563). - URL: http://inis.jinr.ru/sl/NTBLIB/JINR-P8-8563.pdf. - Библиогр.: 8.

25. J. G. Alessi, E. Beebe, D. Graham, A. Kponou, A. Pikin, K. Prelec, J. Ritter, V. Zajic, Design of an EBIS for RHIC, Particle Accelerator Conference, 2003. PAC 2003. Proceedings of the Volume: 1, p. 88-91. DOI: 10.1109/PAC.2003.1288848.

26. J. Alessi, E. Beebe, S. Binello, C. Gardner, O. Gould, L. Hoff, N. Kling, R. Lambiase, R. Lockey, V. LoDestro, M. Mapes, A. McNerney, J. Morris, M. Okamura, A. Pendzick, D. Phillips, A.I. Pikin, Performance of the new EBIS preinjector, pp. 19661967, 2011, Particle Accelerator Conference - Proceedings, New York, NY, USA.

27. Nonadiabatic electron gun at an electron beam ion source: Commissioning results and charge breeding investigations, H. Pahl, N. Bidault, G. Khatri, A. Pikin, and F. J. C. Wenander, Phys. Rev. Accel. Beams 25, 013402 - Published 18 January, 2022 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevAccelBeams.25.013402.

28. https://www.researchgate.net/publication/41586511 Results on lead_ion_accumulation_in_LEAR_for_the_LHC. January 1998.

29. Neutralisation of the LEAR electron-cooling beam: experimental results, Conference: Particle Accelerator Conference, 1995., Proceedings of the 1995Volume: 5, DOI: 10.1109/PAC.1995.505745.

30. Experimental investigation of electron cooling and stacking of lead ions in a low energy accumulation ring, Bosser, J. Broere, C. Carli, M. Chanel, C. Hill, R. Maccaferri, S. Maury, D. Möhl, G. Molinari, S. Rossi, E. Tanke, G. Tranquille, M. Vretenar, Particle Accelerators, Vol. 63, pp. 171-210. 1999/01/01/ PS Division, CERN, CH-1211 Geneva 23, Switzerland.

31. Понкин Д. О. Системы управления и диагностики пучков для источников высокозарядных ионов «Крион»: дис. канд. техн. наук: 1.3.18 / Дмитрий Олегович Понкин, Объединенный институт ядерных исследований. Лаборатория физики высоких энергий имени В.И. Векслера и А.М. Балдина. -Дубна: ОИЯИ, 2024. - 151 с.: цв. ил. - URL: https://dissertations.iinr.ru/ru/Dissertations/Announcement/283. - Библиогр.: с. 139147. - Место защиты: Объединенный институт ядерных исследований.

32. H. Höltermann, R. Becker , M. Kleinod I. Müller, Rev. Sci. Instrum. 75, 15541556 (2004) https://doi.Org/10.1063/1.1691517.

33. Шириков И.В., Донец Д.Е., Жабин И.Н., Козловский А.А., Красняков А.С., Пешков В.В., Модернизация системы синхронизации начальной части ускорительного комплекса NICA с целью реализации режима многократной инжекции. ХХ1Х Международная конференция «Российская конференция по ускорителям заряженных частиц RuPAC'2025», 15-19 сентября 2025 года: Сборник тезисов международной конференции (Санкт-Петербург, 15-19 сентября 2025 г.).

— СПб.: АО «НИИЭФА», 2025. - 262 с.

34. https://pymodbus.readthedocs.io/en/latest/.

35. Козловский А.А., Бухарин А.П., Жабин И.Н., Шириков И.В., Разработка микроядерной архитектуры по управления разнородной аппаратурой физических установок на примере системы синхронизации инжектора ускорителя бустер., ХХ1Х Международная конференция «Российская конференция по ускорителям заряженных частиц RuPAC'2025», 15-19 сентября 2025 года: Сборник тезисов международной конференции (Санкт-Петербург, 15-19 сентября 2025 г.). — СПб.: АО «НИИЭФА», 2025. - 262 с.

36. В.Б. Кутнер, А.С. Пасюк, Ю.П. Третьяков, Источники многозарядных ионов с катодным распыление твердого рабочего вещества, Дубна: ОИЯИ, 1978. -13 с.: ил. - (ОИЯИ; 9-11281). - URL: http://inis.iinr.ru/sl/NTBLIB/JINR-9-11281.pdf.

- Библиогр.: 6.

37. Получение интенсивных пучков ионов никеля, хрома, кремния и кобальта на циклотроне ДЦ-60 / В.Н.Логинов, С.Л.Богомолов, А.Е.Бондарченко,

В.Е.Миронов, Д.К.Пугачев // Физика элементарных частиц и атомного ядра. Письма. - 2020. - Т.17, №2. - с.153-157. - URL: http://www1.jinr.ru/Pepan letters/panl 2020 2/12 Loginov.pdf. - Библиогр.:7.

38. Получение интенсивных пучков ионов лития, магния, фосфора и кальция из ЭЦР-источника на циклотроне ДЦ-60 / В.Н. Логинов, С.Л. Богомолов,

A.Е. Бондарченко, В.Е. Миронов, [и др.] // Физика элементарных частиц и атомного ядра. Письма. - 2019. - Т.16, №1. - с.34-39. - URL: http://www1.jinr.ru/Pepan letters/panl 2019 1/05 loginov.pdf. - Библиогр.:3.

39. Получение пучков ионов металлов на ЭЦР-источнике DECRIS-3 методами нагрева твердых веществ, Иванов И.А., Самбаев Е.К., Козин С.Г., Курахмедов А.Е., Мустафин Д.А., Александренко В.В., Бондарченко А.Е., Логинов

B.Н., Богомолов С.Л. Вестник НЯЦ РК, выпуск 3, сентябрь 2018, УДК 621.384.633.5, с. 87 - 92.

40. Koivisto H. The MIVOC method for production of metal ion beams. -University of Jyvaskyla, 1998. - P. 84.

41. Получение интенсивных пучков ионов никеля, хрома, кремния и кобальта на циклотроне ДЦ-60 / В.Н. Логинов, С.Л. Богомолов, А.Е. Бондарченко, В.Е. Миронов, Д.К. Пугачев // Физика элементарных частиц и атомного ядра. Письма. - 2020. - Т.17, №2. - с.153-157. - URL: http://www1.jinr.ru/Pepan letters/panl 2020 2/12 Loginov.pdf. - Библиогр.:7.

42. Получение интенсивных пучков ионов лития, магния, фосфора и кальция из ЭЦР-источника на циклотроне ДЦ-60 / В.Н. Логинов, С.Л. Богомолов, А.Е. Бондарченко, В.Е. Миронов, [и др.] // Физика элементарных частиц и атомного ядра. Письма. - 2019. - Т.16, №1. - с.34-39. - URL: http://www1.jinr.ru/Pepan letters/panl 2019 1/05 loginov.pdf. - Библиогр.:3.

43. Получение интенсивных пучков ионов бора и железа из ЭЦР-источника методом MIVOC на циклотроне ДЦ-60 / В.Н. Логинов, С.Л. Богомолов, А.Е. Бондарченко, В.Е. Миронов, [и др.] // Физика элементарных частиц и атомного ядра. Письма. - 2018. - Т.15, №6. - с.498-501. - URL: http://www1.jinr.ru/Pepan letters/panl 2018 6/08 Logvinov.pdf. - Библиогр.:7.

44. Получение интенсивных пучков ионов бора и железа из ЭЦР-источника методом MIVOC на циклотроне ДЦ-60 / В.Н. Логинов, С. Л.Богомолов, А.Е. Бондарченко, В.Е. Миронов, [и др.] // Физика элементарных частиц и атомного ядра. Письма. - 2018. - Т.15, №6. - с.498-501. - URL: http://www1.iinr.ru/Pepan letters/panl 2018 6/08 Logvinov.pdf. - Библиогр.:7.

45. Д.Н. Рассадов, А.В. Гуляев, А.В. Гуляева, С.Н. Дмитриев, Э.М. Козулин, В.Я. Лебедев, Л.Г. Маширов, Ю.Ц. Оганесян, Г.Я. Стародуб, Модельные опыты с аналогом 268Db105 на установке MASHA // Радиохимия-2006 = Radiochemistry-2006: Пятая Российская конференция по радиохимии: Тезисы докладов, Дубна, 23-27 окт. 2006 г. - Озерск : ФГУП "ПО "Маяк", 2006. - с.88-89.

46. G.N. Flerov, Yu.Ts. Oganesian, Yu.V. Lobanov, Yu.A. Lasarev, S.P. Tretiakova, I.V. Kolesov, V.M. Plotko, On the synthesis of element 105, Nuclear Physics A Volume 160, Issue 1, 4 January 1971, Pages 181-192.

47. С.Н. Дмитриев, Ю.Ц. Оганесян, В.К. Утенков, С.В. Шишкин, А.В. Еремин, Ю.В. Лобанов, В.И. Чепигин, Е.А. Сокол, Ю.С.Цыганов, Г.К. Востокин, Н.В. Аксенов, М. Юссуннуа, М.Г. Иткис, [и др.]. Химическая идентификация элемента Db как продукта распада элемента 115, образующегося в реакции 48Ca+243Am / Дубна: ОИЯИ, 2004. - 11 с: il. - (ОИЯИ; Р12-2004-159). -URL: http://www.iinr.ru/publish/Preprints/2004/159(P12-2004-159).pdf. -Библиогр.:14.

48. https://www.littelfuse.com/assetdocs/littelfuse-discrete-igbts-ixel40n400-datasheet?assetguid=a695d217-bc25-4c5d-b5a7-62abbd01c997.

49. Liquid metal ion source assembly for external ion injection into an electron string ion source (ESIS) M. J. Segal, R. A. Bark, R. Thomae, E. E. Donets, E. D. Donets, A. Boytsov, D. Ponkin, and A. Ramsdorf Citation: Review of Scientific Instruments 87, 02A913 (2016); doi: 10.1063/1.4935974.

50. Production of highly charged ion beams Kr32+, Xe44+, Au54+ with Electron String Ion Source (ESIS) Krion-2 and corresponding basic and applied studies, D.E. Donets, E.D. Donets, E.E. Donets, V.V. Salnikov and V.B. Shutov, September 2010 Journal of Instrumentation 5(09):C09001. DOI: 10.1088/1748-0221/5/09/C09001.

51. https://www.corning.com/worldwide/en/products/advanced-optics/ product-materials/specialty-glass-and-glass-ceramics/glass-ceramics/macor.html.

52. H. Höltermann, R. Becker, and A. Pikin, Fast ion extraction from intense electron beams, AIP Conference Proceedings 572, 165 (2001); https://doi.org/10.1063A .1390111.

53. E. Beebe, J. Alessi, T. Kanesue, D. McCafferty, M. Okamura, A. Pikin, J. RiPer, R. Schoepfer, A. Zelenski, Injection and Ion Extraction Techniques at the Brookhaven High Current EBIS, EMILIE Workshop Invited Talk 21 March 2016, GANIL, Caen, France. https://indico. in2p3. fr/event/12466/contributions/9805/.

54. https://www.behlke.com/separations/separation c6.htm.

Приложение № 1 - Результаты расчета распределения потенциалов внутри трубок дрейфа

Расчет распределения потенциалов внутри трубок дрейфа проводился в CST Studio Suite® с использованием EM-solver. В программу была загружена 3D модель трубок, отражающая ее реальные размеры.

Для проведения расчетов были установлены проектные потенциалы. Расчет проводился на трехмерной прямоугольной сетке методом конечных разностей. Система линейных уравнений решалась итерационным способом. Установленная точность сходимости 1e-6. Выполнено 89 итераций до достижения точности. Выбор прямоугольной сетки обусловлен удобством работы с полученными результатами и применении их в будущих расчетах для моделирования динамики заряженных частиц. Размер сетки составил 8 миллионов ячеек. В центральной части плотность сетки увеличена для повышения точности расчета, с учетом тонких зазоров и кромок трубок.

Рисунок П. 1 - Вид 3D модели трубок дрейфа (слева), справа вверху поперечное сечение, слева - распределение потенциала в этом сечении

Построены зависимости потенциала вдоль оси Ъ (оси движения пучка) и в поперечном направлении на разных координатах Ъ. Получена карта распределения

значений потенциалов внутри трубок.

и, в

300 !|||

200................................................1..............................................1........---.........................|.............\.....................

1 оо...............................................—^ггггтГ!........................................|..............................................|................\..................

о 4—-1-;-\-1-^-

0 25 50 75 100 120 мм

Ъ

0 25 50 75 100 120

1, мм

Рисунок П. 2 - Распределение потенциала (сверху) и карта распределения значений потенциалов в зазорах трубок дрейфа

15 -Ю -5 0 5 10 15

X, мм

Рисунок П.3 - зависимость потенциала в поперечном направлении на разных

координатах Ъ

Приложение № 2 - Электрическая схема высоковольтного драйвера БФПБ

1) импульсный регулятор напряжения на первичной обмотке высоковольтного трансформатора;

2) двухтактный драйвер осциллятора первичной обмотки;

3) высоковольтный трансформатор;

4) коммутатор верхнего плеча;

5) коммутатор нижнего плеча;

6) драйвер нижнего плеча с возможностью управления задержкой относительно сигнала запуска.

Приложение № 3 - Значения временных задержек для режимов вывода для рисунка 2.17 - Наводки от высоковольтной системы выводов ионов при одинаковом (установленном с нулевой задержкой) времени старта каждого высоковольтного блока. Вывод ионов осуществляется подачей напряжений на ВВ блоки, синхронизированные с каналами 46, 47, 49-62.

Маейго Бочаге\'2.0.1 С: лк/Ь'гМС 5;.с 5оЛ/^пс-5у5-кпоп/сопйд5.'кпоп-согй-С,3_05_24д5оп Конфиг Управление подключениями Настройки Инструменты

- □ X

Устройства Ж ID Ш0

□ и. ВПК

□ 02. ОУ-би

□ эз. Timer

□ 04. Timer

□ 05. Timer

□ 06. Timer

□ 07. Timer

□ 08. EPSS-13-1

0 09.EPSS-13-2

Имя устройства Описание устройства

Разработчик устройства Версия прошивки unknown

Имя плагина 0U6UPluginKRI0N

Описание плагина 0U6U Standalone Plugir Разработчик плагина Alexey Kozlovsky: alar Версия плагина undefined

Панель мониторинга

Таблица синхронизации Управление устройством

+ -

к" Устройство Имя Задержка Длительность Вкл. Инв.

30 B2 06. Timer U24 8Б мс 1 мс да * да

31 B3 06. Timer U25+ 90 мс 1 мс да - да

32 B4 06. Timer 78644.2 икс 1 мкс нет нет

33 A1 07. Timer Выброс ионов 0.0001 мс 10 мкс да нет

34 A2 07. Timer 100 НС 100000 НС нет нет

35 A3 07. Timer 6.9е+07 НС 1е+07 не нет нет

36 A4 07. Timer 200 не 175 не нет нет

37 B1 07. Timer 8.00056е+07... 10000 НС нет нет

38 B2 07. Timer 200 не 200 НС нет нет

39 B3 07. Timer 8.00002е+07.. 2075 НС нет нет

40 B4 07. Timer 8.00002е+07.. 500 НС нет нет

41 A1 08. _ -- 73.5 мс 5.8 мс нет нет

42 A2 08. _ -- 66.5 мс 7.8 мс нет нет

43 A3 08. _ -- 65.5 мс 7.8 мс нет нет

44 A4 08. _ -- 65.5 мс 7.8 мс нет нет

45 B1 08. _ -- 78 мс 7.1 мс нет нет

46 B2 08. _ U8 33 МКС 1 мс ы да нет

47 B3 08. _ U8.1 33 мкс 1 мс ы да нет

48 B4 08. _ -- 100 НС 1 мс нет нет

49 CI 08. _ U9 33 мкс 1 мс V да нет

50 C2 08. _ U10 33 мкс 1 мс да нет

51 C3 08. _ Ull 33 мкс 1 мс да нет

52 C4 08. _ U12 33 мкс 1 мс да нет

53 A1 09.EPSS-1... U13 33 мкс 1 мс W да нет

54 A2 09.EPSS-1... U14 33 мкс 1 мс да нет

55 A3 09.EPSS-1... U15 33 мкс 1 мс V да нет

56 A4 09.EPSS-1-. U16 33 мкс 1 мс V да нет

57 B1 09.EPSS-1-. U17 33 мкс 1 мс V да нет

58 B2 09.EPSS-1.. U18 33 мкс 1 мс V да нет

59 B3 09.EPSS-1... U19 33 мкс 1 мс V да нет

60 B4 09.EPSS-1... U20 33 мкс 1 мс V* да нет

61 CI 09.EPSS-1... U21 33 мкс 1 мс v' да нет

62 C2 09.EPSS-1- U22 33 мкс 1 мс V* да нет

63 C3 09.EPSS-1.. U23 85.001 мс 1 мс •S да м да

64 C4 09.EPSS-1... -- 85 мс 1 мс нет нет -

Приложение № 4 - Значения временных задержек для режимов вывода для рисунка 2.22 - Форма импульса для случая с напряжениями 1000 В на каждой трубке и подбором времени вывода. Вывод ионов осуществляется подачей напряжений на ВВ блоки, синхронизированные с каналами 46, 47, 49-62.

'¿J Maestro Software v2.0.1 C:/Users/user/Desktop/24-06-2025-9-00.conf Конфиг Управление подключениями Настройки Инструменты

Устройства щ + -

0 01. ВПК

□ 02. ОУ-би

□ 03. Timer

0 0i. Timer

0 0S. Timer

0 06. Timer

0 07. Timer

0 08. EPSS-13-1

0 09.EPSS-13-2

Имя устройства Описание устройства

Разработчик устройства Версия прошивки unknown

Имя плагина Описание плагина Разработчик плагина Версия плагина

Панель мониторинга

Таблица синхронизации Управление устройством

0U6UPluginKRI0N 0U6U Standalone Plugir Alexey Kozlovsky: alar undefined

+ -

r Устройство Имя Задержка [Длительность Вкл. Инв. -

35 A3 07. Timer 6.9е+07 не 1е+07 не нет нет

36 A4 07. Timer 200 не 175 не нет нет

37 B1 07. Timer 8._ 10000 ис нет нет

38 B2 07. Timer 200 не 200 не нет нет

39 B3 07. Timer 8.. 2075 не нет нет

40 B4 07. Timer 8._ 508 не нет нет

41 Al 08. _ -- 73.5 мс 5.8 ис нет нет

42 A2 08. _ -- 30 мкс 10 икс 0 | да нет

43 A3 08. _ -- 65.5 ис 7.8 ис нет нет

44 A4 08. _ -- 65.5 мс 7.8 ис нет нет

45 B1 08. _ -- 78 мс 7.1 ис нет нет

46 B2 08. _ U8 31 мкс 1 мс да нет

47 B3 08. _ U8.1 31 мкс 1 ис ■/ да нет

48 B4 08. _ -- 33 мкс 1 мс нет нет

49 CI 08. _ U9 32 мкс 1 ис V да нет

50 C2 08. - uie 32.5 икс 1 мс да нет

51 C3 08. _ Ull 32 мкс 1 ис V да нет

52 C4 08. . U12 32 мкс 1 мс V да нет

53 Al 09.EPSS-1-. U13 31.25 икс 1 ис V да нет

54 A2 09.EPSS-L. U14 31.25 мкс 1 мс V да нет

55 A3 09.EPSS-1™ U15 30.85 икс 1 НС v да нет

56 A4 09.EPSS-L- U16 30.85 икс 1 мс •S да нет

57 B1 09.EPSS-L- U17 30.1 икс 1 ис V да нет

58 B2 09.EPSS-1_ U18 30.1 икс 1 мс W да нет

59 B3 09.EP5S-1— U19 29.75 икс 1 мс V да нет

60 B4 09.EPSS-1- U20 29.75 икс 1 мс v" да нет

61 CI 09.EPSS-1- U21 28.5 икс 1 мс V да нет

HC2 09.EPSS-1- U22 28 икс 1 мс V да

63 C3 09.EPSS-1_ U23 85.001 ис 1 мс V | да 0 да

64 C4 09.EPSS-L. -- 85 мс 1 мс нет нет -

Приложение № 5 - Фрагмент программы с графическим кодом для вычисления измеренного заряда ионов, разработанный в системе графического

программирования LabVIEW™.