1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 7, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 7, стр. 4-19

Оптимизация систем протонного инжектора компактного нейтронного источника DARIA

С. С. Выбин a, *, И. В. Изотов a, Е. А. Миронов a, О. В. Палашов a, В. А. Скалыга a

a Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН
603950 Нижний Новгород, Россия

* E-mail: vybinss@ipfran.ru

Поступила в редакцию 30.12.2022
После доработки 28.02.2023
Принята к публикации 28.02.2023

Аннотация

Настоящая статья посвящена усовершенствованию магнитной ловушки и системы формирования пучка электронного циклотронного резонансного ионного источника GISMO для его применения в качестве протонного инжектора – составной части линейного ускорителя компактного источника нейтронов. Была разработана открытая магнитная ловушка, состоящая из постоянных магнитов (на основе сплава Nd–Fe–B). Она адаптирована для более технологичного размещения системы экстракции в части плазменной камеры с большим внутренним диаметром по сравнению с источником GISMO. Затем была проведена оптимизация трехэлектродной системы формирования пучка. Показано, что при проектных параметрах системы возможно эффективное использование дополнительной магнитной линзы в виде соленоида для получения на выходе протонного пучка с малым углом расходимости. В результате численного моделирования была показана возможность использования данной магнитной ловушки и системы экстракции в составе протонного инжектора для проекта DARIA. Обсуждены следующие шаги в построении протонного источника.

Ключевые слова: ионные источники, сильноточные ионные пучки, электронный циклотронный резонансный разряд, газодинамический ионный источник, магнитная ловушка, постоянные магниты, система формирования ионного пучка, численное моделирование, протонный пучок.

Список литературы

  1. Geller R. Electron Cyclotron Resonance Ion Sources and ECR Plasmas. Institute of Physics. Bristol, 1996. P. 434.

  2. Geller R. // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1976. V. 23. № 2. P. 904. https://www.doi.org/10.1109/TNS.1976.4328376

  3. Sortais P., Lamy T., Médard J., Angot J., Latrasse L., Thuillier T. // Rev. Sci. Instrum. 2010. V. 81. № 2. P. 02B314. https://www.doi.org/10.1063/1.3272878

  4. Skalyga V.A., Golubev S.V., Izotov I.V., Lapin R.L., Razin S.V., Sidorov A.V., Shaposhnikov R.A. // Plasma Phys. Rep. 2019. V. 45. № 10. P. 984. https://www.doi.org/10.1134/S1063780X19080087

  5. Geller R. // Annual Rev. Nucl. Particle Sci. 1990. V. 40. № 1. P. 15. https://www.doi.org/10.1146/annurev.ns.40.120190. 000311

  6. Lyneis Claude M., Leitner D., Todd D.S., Sabbi G., Prestemon S., Caspi S., Ferracin P. // Rev. Sci. Instrum. 2008. V. 79. № 2. P. 02A321. https://www.doi.org/10.1063/1.2816793

  7. Benitez J.Y., Franzen K.Y., Hodgkinson A., Loew T., Lyneis C.M., Phair L., Saba J., Strohmeier M., Tarvainen O. // Rev. Sci. Instrum. 2012. V. 83. № 2. P. 02A311. https://www.doi.org/10.1063/1.3662119

  8. Sun L., Zhang W.H., Fang X., Guo J.W., Wu W., Feng Y.C., Zhang X.Z., Ma Y.M., Ma H.Y., Shen Z., Yang T.J., Yang Y., Zhao B., Zhao H.W., Ma L.Z. // Proceedings of ECRIS2016, Busan, Korea, 2016. P. 43.

  9. Sun L., Lu W., Zhao H.W., Guo J.W., Wu W., Wu B. M., Ou X.J., Mei E.M., Zheng S.J., Zhang X.Z., Li L.B., Zhu L., Xin C.J., Guan M.Z., Chen Y.Q., Wang X.D. // J. Phys.: Conf. Ser. 2022. V. 2244. № 1. P. 012021. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/2244/1/012021

  10. Wu W., Peng Sh., Ma T., Ren H., Zhang J., Zhang T., Jiang Y., Li K., Xu Y., Zhang A., Wen J., Guo Z., Chen J. // Rev. Sci. Instrum. 2019. V. 90. № 10. P. 101501. https://www.doi.org/10.1063/1.5109240

  11. Gammino S., Celona L., Ciavola G., Maimone F., Mascali D. // Rev. Sci. Instrum. 2010. V. 81. № 2. P. 02B313. https://www.doi.org/10.1063/1.3266145

  12. Pham A.N., Leitner D., Glennon P., Ottarson J., Lawton D., Portillo M., Machicoane G., Wenstrom J., Lajoie A. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. V. 376. P. 77. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2016.02.016

  13. Skalyga V.A., Izotov I.V., Shalashov A.G., Gospodchikov E.D., Kiseleva E.M., Tarvainen O., Koivisto H., Toivanen V. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2021. V. 54. № 38. P. 385201. https://www.doi.org/10.1088/1361-6463/ac0e59

  14. Denisov G.G., Glyavin M.Yu., Tsvetkov A.I., Eremeev A.G., Kholoptsev V.V., Plotnikov I.V., Bykov Y.V., Orlov V.B., Morozkin M.V., Shmelev M.Yu, Kopelovich E.A., Troitsky M.M., Kuznetsov M.V., Zhurin K.A., Novikov A.Yu., Bakulin M.I., Sobolev D.I., Tai E.M., Soluyanova E.A., Sokolov E.V. // IEEE Transactions on Electron Devices. 2018. V. 65. № 9. P. 3963. https://www.doi.org/10.1109/TED.2018.2859274

  15. Thumm M.K.A., Denisov G.G., Sakamoto K., Tran M.Q. // Nucl. Fusion. 2019. V. 59. № 7. P. 073001. https://www.doi.org/10.1088/1741-4326/ab2005

  16. Idehara T., Sabchevski S.P., Glyavin M., Mitsudo S. // Appl. Sci. 2020. V. 10. № 3. P. 980. https://www.doi.org/10.3390/app10030980

  17. Mathew J.V., Bhattacharjee S. // Rev. Sci. Instrum. 2011. V. 82. № 1. P. 013501. https://www.doi.org/10.1063/1.3514989

  18. Bekhterev V., Bogomolov S., Efremov A. // Proceedings of HIAT2015, Yokohama, Japan, 2015. P. 238.

  19. Kalvas T., Tarvainen O., Toivanen V., Koivisto H. // J. Instrumentation. 2020. V. 15. № 6. P. P06016. https://www.doi.org/10.1088/1748-0221/15/06/p06016

  20. Skalyga V., Izotov I., Razin S., Sidorov A., Golubev S., Kalvas T., Koivisto H., Tarvainen O. // Rev. Sci. Instrum. 2014. V. 85. № 2. P. 02A702. https://www.doi.org/10.1063/1.4825074

  21. Bilheux H. // AIP Conference Proceedings. 2003. V. 680. № 1. P. 1058. https://www.doi.org/10.1063/1.1619890

  22. Bokhanov A.F., Zorin V.G., Izotov I.V., Razin S.V., Sidorov A.V., Skalyga V.A. // Plasma Phys. Rep. 2007. V. 33. № 5. P. 347. https://www.doi.org/10.1134/s1063780x07050017

  23. Shirkov G.D. // Plasma Sources Sci. Technol. 1993. V. 2. № 4. P. 250. https://www.doi.org/10.1088/0963-0252/2/4/004

  24. Skalyga V.A., Izotov I.V., Golubev S.V., Razin S.V., Sidorov A.V., Viktorov M.E. // Rev. Sci. Instrum. 2022. V. 93. № 3. P. 033502. https://www.doi.org/10.1063/5.0075486

  25. Skalyga V., Izotov I., Golubev S., Sidorov A., Razin S., Vodopyanov A., Tarvainen O., Koivisto H., Kalvas T. // Rev. Sci. Instrum. 2016. V. 87. № 2. P. 02A716. https://www.doi.org/10.1063/1.4934213

  26. Skalyga V.A., Izotov I.V., Sidorov A.V., Golubev S.V., Razin S.V. // Rev. Sci. Instrum. 2017. V. 88. № 3. P. 033503. https://www.doi.org/10.1063/1.4978278

  27. Sidorov A., Dorf M., Zorin V., Bokhanov A., Izotov I., Razin S., Skalyga V., Roßbach J., Spädtke P., Balabaev A. // Rev. Sci. Instrum. 2008. V. 79. № 2. P. 02A317. https://www.doi.org/10.1063/1.2805640

  28. Lapin R.L., Skalyga V.A., Izotov I.V., Golubev S.V., Razin S.V., Bokhanov A.F., Kazakov M.Yu., Shaposhnikov R.A., Kiseleva E.M., Tarvainen O. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1647. № 1. P. 012012. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/1647/1/012012

  29. Lapin R.L., Skalyga V.A., Golubev S.V., Izotov I.V., Razin S.V., Tarvainen O. // J. Appl. Phys. 2022. V. 131. № 9. P. 093301. https://www.doi.org/10.1063/5.0074388

  30. Skalyga V.A., Golubev S.V., Izotov I.V., Shaposhnikov R.A., Razin S.V., Sidorov A.V., Bokhanov A.F., Kazakov M.Yu., Lapin R.L., Vybin S.S. // Rev. Sci. Instrum. 2019. V. 90. № 12. P. 123511.

  31. Skalyga V., Izotov I., Golubev S., Sidorov A., Razin S., Strelkov A., Tarvainen O., Koivisto H., Kalvas T. // J. Appl. Phys. 2015. V. 118. № 9. P. 093301. https://www.doi.org/10.1063/1.4929955

  32. Golubev S.V., Skalyga V.A., Izotov I.V., Sidorov A.V., Razin S.V., Shaposhnikov R.A., Lapin R.L., Bokhanov A.F., Kazakov M.Yu. // J. Instrumentation. 2019. V. 14. № 01. P. C01007. https://www.doi.org/10.1088/1748-0221/14/01/c01007

  33. Golubev S.V., Skalyga V.A., Izotov I.V., Razin S.V., Shaposhnikov R.A., Vybin S.S., Bokhanov A.F., Kazakov M.Yu., Shlepnev S.P., Burdonov K.F., Soloviev A.A., Starodubtsev M.V. // J. Instrumentation. 2021. V. 16. № 2. P. T02008. https://www.doi.org/10.1088/1748-0221/16/02/t02008

  34. Skalyga V.A., Bokhanov A.F., Golubev S.V., Izotov I.V., Kazakov M.Yu., Kiseleva E.M., Lapin R.L., Razin S.V., Shaposhnikov R.A., Vybin S.S. // Rev. Sci. Instrum. 2019. V. 90. № 12. P. 123308. https://www.doi.org/10.1063/1.5128489

  35. Skalyga V.A., Izotov I.V., Mironov E.A., Voitovich A.V., Palashov O.V. // AIP Conference Proceedings. 2016. V. 1771. № 1. P. 070014-1. https://www.doi.org/10.1063/1.4964238

  36. Knaster J., Garin P., Matsumoto H., Okumura Y., Sugimoto M., Arbeiter F., Cara P., Chel S., Facco A., Favuzza P., Furukawa T., Heidinger R., Ibarra A., Kanemura T., Kasugai A., Kondo H., Massaut V., Molla J., Micciche G., O’hira S., Sakamoto K., Yokomine T., Wakai E. // Nuclear Fusion. 2017. V. 57. № 10. P. 102016. https://www.doi.org/10.1088/1741-4326/aa6a6a

  37. Mardor I., Aviv O., Avrigeanu M., Berkovits D., Dahan A., Dickel T., Eliyahu I., Gai M., Gavish-Segev I., Halfon S., Hass M., Hirsh T., Kaiser B., Kijel D., Kreisel A., Mishnayot Y., Mukul I., Ohayon B., Paul M., Perry A., Rahangdale H., Rodnizki J., Ron G., Sasson-Zukran R., Shor A., Silverman I., Tessler M., Vaintraub S., Weissman L. // Europ. Phys. J. A. 2018. V. 54. № 5. https://www.doi.org/10.1140/epja/i2018-12526-2

  38. Schweizer W., Ratzinger U., Klump B., Volk K. // Rev. Sci. Instrum. 2014. V. 85. № 2. P. 02A743. https://www.doi.org/10.1063/1.4842335

  39. Pisent A., Fagotti E., Colautti P. // Proceedings of LINAC2014, Geneva, Switzerland. 2014. P. 261–263.

  40. Kropachev G., Kulevoy T., Sitnikov A. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2019. V. 13. № 6. P. 1126. https://www.doi.org/10.1134/s1027451019060399

  41. Izotov I., Skalyga V., Razin S., Sidorov A., Golubev S., Kalvas T., Koivisto H., Tarvainen O. // Proceedings of IPAC2014, Dresden, Germany, 2014. P. 604. https://www.doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2014-MOPRI012

  42. Barabin S.V., Kropachev G.N., Lukashin A.Yu., Kulevoy T.V., Vybin S.S., Golubev S.V., Izotov I.V., Kiseleva E.M., Skalyga V.A., Grigoriev S.V., Kovalenko N.A. // Technical Phys. Lett. 2021. V. 47. № 7. P. 485. https://www.doi.org/10.1134/s1063785021050199

  43. Kalvas T., Tarvainen O., Ropponen T., Steczkiewicz O., Ärje J., Clark H. // Rev. Sci. Instrum. 2010. V. 81. № 2. P. 02B703. https://www.doi.org/10.1063/1.3258608

  44. Ferdinand R., Sherman J., Stevens R.R., Zaugg T. // Proceedings of the 1997 Particle Accelerator Conference. 1997. V. 3. P. 2723. https://www.doi.org/10.1109/PAC.1997.752744

  45. Chauvin N., Delferrière O., Duperrier R., Gobin R., Nghiem P.A.P., Uriot D. // Rev. Sci. Instrum. 2012. V. 83. № 2. P. 02B320. https://www.doi.org/10.1063/1.3678658

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал