Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO

Поскольку магнитная система проектируемого рециркулятора SALO состоит из значительного количества магнитных элементов, то вполне вероятно существенное влияние неидеальности этих элементов на ожидаемые параметры выводимого пучка. Исследованию данного вопроса методом математического моделирования дина...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Гук, И.С., Кононенко, С.Г., Тарасенко, А.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2012
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Динамика пучков
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108675
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO / И.С. Гук, С.Г. Кононенко, А.С. Тарасенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 137-141. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-108675
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1086752016-11-15T03:02:23Z Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO Гук, И.С. Кононенко, С.Г. Тарасенко, А.С. Динамика пучков Поскольку магнитная система проектируемого рециркулятора SALO состоит из значительного количества магнитных элементов, то вполне вероятно существенное влияние неидеальности этих элементов на ожидаемые параметры выводимого пучка. Исследованию данного вопроса методом математического моделирования динамики частиц посвящена настоящая работа. Because the magnet system of designed SALO recirculator consists of a large number of magnetic elements, it can be expected a significant effect of nonideality of these elements on expected parameters of the output beam. The investigation of this issue by mathematical modeling the particles dynamics is the goal of this work. Оскільки магнітна система рециркулятора SALO, що проектується, складається із значної кількості магнітних елементів, то цілком ймовірний істотній вплив неідеальності цих елементів на очікувані параметри пучка, що виводиться. Дослідженню цього питання методом математичного моделювання динаміки частинок присвячена ця робота. 2012 Article Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO / И.С. Гук, С.Г. Кононенко, А.С. Тарасенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 137-141. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108675 621.384.6 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Динамика пучков Динамика пучков
spellingShingle	Динамика пучков Динамика пучков Гук, И.С. Кононенко, С.Г. Тарасенко, А.С. Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO Вопросы атомной науки и техники
description	Поскольку магнитная система проектируемого рециркулятора SALO состоит из значительного количества магнитных элементов, то вполне вероятно существенное влияние неидеальности этих элементов на ожидаемые параметры выводимого пучка. Исследованию данного вопроса методом математического моделирования динамики частиц посвящена настоящая работа.
format	Article
author	Гук, И.С. Кононенко, С.Г. Тарасенко, А.С.
author_facet	Гук, И.С. Кононенко, С.Г. Тарасенко, А.С.
author_sort	Гук, И.С.
title	Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO
title_short	Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO
title_full	Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO
title_fullStr	Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO
title_full_unstemmed	Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO
title_sort	исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе salo
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Динамика пучков
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108675
citation_txt	Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO / И.С. Гук, С.Г. Кононенко, А.С. Тарасенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 137-141. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT gukis issledovanievliâniânelinejnyhparametrovdipolʹnyhikvadrupolʹnyhmagnitovnaparametrypučkavrecirkulâtoresalo AT kononenkosg issledovanievliâniânelinejnyhparametrovdipolʹnyhikvadrupolʹnyhmagnitovnaparametrypučkavrecirkulâtoresalo AT tarasenkoas issledovanievliâniânelinejnyhparametrovdipolʹnyhikvadrupolʹnyhmagnitovnaparametrypučkavrecirkulâtoresalo
first_indexed	2025-07-07T21:54:32Z
last_indexed	2025-07-07T21:54:32Z
_version_	1837026795586584576
fulltext	ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 137 УДК 621.384.6 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДИПОЛЬНЫХ И КВАДРУПОЛЬНЫХ МАГНИТОВ НА ПАРАМЕТРЫ ПУЧКА В РЕЦИРКУЛЯТОРЕ SALO И.С. Гук, С.Г. Кононенко, А.С. Тарасенко Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина E-mail: guk@kipt.kharkov.ua Поскольку магнитная система проектируемого рециркулятора SALO состоит из значительного количест- ва магнитных элементов, то вполне вероятно существенное влияние неидеальности этих элементов на ожи- даемые параметры выводимого пучка. Исследованию данного вопроса методом математического моделиро- вания динамики частиц посвящена настоящая работа. 1. ВВЕДЕНИЕ Наряду с ядерными исследованиями, одним из основных направлений работ, планируемых на ре- циркуляторе SALO [1], проект которого в настоящее время разрабатывается в ННЦ ХФТИ, проводятся исследования с использованием плотных электрон- ных пучков в широком диапазоне энергий. Для ус- пешного решения этой задачи магнитооптическая система как самого рециркулятора, так и каналов транспортировки пучка, должна быть спроектирова- на с учетом характеристик магнитных элементов, наиболее приближенных к реально ожидаемым. В связи с этим, частью из экспериментальных данных [2], частью из теоретического рассмотрения [3, 4], были произведены оценки ожидаемых значений секступольной и октупольной нелинейностей маг- нитных элементов (дипольных и квадрупольных магнитов) и исследовано их влияние на параметры пучка в рециркуляторе. 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ На Рис.1 показана схема расположения рецирку- лятора SALO и проектируемых пучковых линий. Данная схема отличается от схемы, представленной ранее в работе [5]. Изменения заключаются в уни- фикации входящих в состав тракта инжекции и чи- кейна магнитов. Все они имеют геометрическую длину полюсов, равную 100 мм. Такая замена обу- словлена тем, что к настоящему времени сконструи- рован, изготовлен и испытан электромагнит с дли- ной полюсов 100 мм, показавший хорошие характе- ристики [6]. В связи с этим число магнитов на трак- те инжекции стало равным 6 (вместо четырех), а в составе чикейна – 4 (вместо трёх). Регулирование энергии инжекции на входе в ус- коряющую систему рециркулятора позволяет осу- ществить непрерывную регулировку энергии на пучковых линиях А, В, С в диапазоне 60…730 МэВ, Рис.1. Схема расположения рециркулятора SALO вместе с планируемыми пучковыми линиями на линиях D, E − в диапазоне 175…493 МэВ, на пуч- ковой линии FEL − в диапазоне 89…256 МэВ, на пучковой линии EFEL − в диапазоне 175…493 МэВ (см. Рис.1) [5]. Неидеальность дипольных магнитов обуславли- вается двумя факторами: наличием краевых полей на торцах магнитов и поперечной неоднородностью магнитного поля, причинами которых могут быть как погрешности в изготовлении, так и магнитная неоднородность самого материала. Первый фактор достаточно хорошо изучен для различных типов срезов магнитов [7, 8] и может быть учтен при рас- четах; второй же изучен гораздо слабее из-за обилия параметров, влияющих на него. Поэтому в расчетах обычно используются результаты конкретных изме- рений. В проведенных расчетах были использованы результаты магнитных измерений на магнитах EUTERPE [2], поскольку эти магниты планируется использовать в структуре первого кольца рецирку- ляции (Рис.2). На Рис.3. показана зависимость «квазиоктуполь- ной» составляющей краевого квадрупольного поля линзы от расстояния до края линзы, рассчитанная по данным работы [3,7]. Здесь S0 − координата края линзы; а0 − радиус апертуры линзы; В1 − градиент квадрупольного поля линзы; В1 ′′ − вторая производ- ная градиента по продольной координате, рассчи- танная по данным работы [4]. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 138 Рис.2. Зависимость нормированной на напряжен- ность магнитного поля и усредненной по длине дипольного магнита квадратичной нелинейности от напряженности магнитного поля Рис.3. Зависимость «квазиоктупольной» составляющей краевого квадрупольного поля линзы от расстояния до края линзы Полученные данные использовались при чис- ленном моделировании динамики частиц в рецирку- ляторе с помощью вычислительной программы TRANSPORT [8] и MAD-X [9]. Секступольная со- ставляющая учитывалась в описании диполя, окту- польная составляющая моделировалась тонкими линзами на входе и выходе квадруполя. 3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ Для оценки влияния секступольной нелинейно- сти магнитного поля дипольных магнитов и окту- польной составляющей поля квадрупольных линз на параметры пучка были проведены расчёты верти- кальных и горизонтальных размеров пучка для ка- налов разной длины. Результаты, полученные для каналов FEL, EFEL и ABC с помощью программы TRANSPORT, приведены на Рис.4-7. На рисунках цифрами 1, 2 обозначены огибаю- щие σх и σу, рассчитанные без учета нелинейности; цифрами 3, 4 – те же огибающие с учетом нелиней- ности во втором и третьем порядке вычислений. Как и следовало ожидать, из полученных кривых видно, что с увеличением числа магнитных элемен- тов в канале, влияние нелинейностей на размеры пучка как по вертикали, так и по горизонтали, на- растает: на канале FEL они ещё практически не вид- ны, а на более длинных − размеры могут меняться в несколько раз. Рис.4. Канал FEL Рис.5. Канал FEEL, начало Рис.6. Канал FEEL, выход Рис.7. Канал ABC Поскольку вычисления по программе TRANSPORT основываются на формализме матриц Твисса, она позволяет вычислять лишь эллиптиче- ские формы распределения частиц в поперечном се- чении и на фазовой плоскости, а для более подробно- го исследования влияния секступольной и октуполь- ной нелинейности на параметры пучка в рециркуля- торе было проведено моделирование путем расчетов ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 139 по траекториям с помощью вычислительной про- граммы MAD-X [9]. Расчеты выполнялись для 400 частиц в предположении нормального закона их начального распределения по углам и координатам. а б Рис.8. Фазовые портреты пучка на входе в пучко- вые линии ABC в горизонтальной плоскости а б Рис.9. Фазовые портреты пучка на входе в пучковые линии ABC в вертикальной плоскости На Рис.8,а,б и Рис.9,а,б приведены фазовые порт- реты пучка на входе в пучковые линии ABC в гори- зонтальной (X, X’) и вертикальной (Y, Y’) плоско- стях при наличии (Рис.8,б и Рис.9,б) и отсутствии секступольной и октупольной составляющих маг- нитного поля в дипольных и квадрупольных магни- тах (Рис.8,а и Рис.9,а) при эмиттансе инжекционно- го пучка σinjх=σinjy=0,02 см⋅мрад. а б Рис.10. Фазовые портреты пучка а б Рис.11. Фазовые портреты пучка на входе пучковых линий ABC в горизонтальной плоскости при эмиттансе инжекционного пучка σinjх=σinjy=0,04 см⋅мрад рад м м рад рад рад радрад рад рад м м м м м ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 140 На Рис.10,а,б и Рис.11,а,б показаны фазовые портреты пучка на входе пучковых линий ABC в горизонтальной (X, X’) и вертикальной (Y, Y’) плос- костях без учета (см. Рис.10,а и Рис.11,а) и с учетом (см. Рис.10,б и Рис.11,б) секступольной и октуполь- ной составляющих магнитного поля в магнитных элементах рециркулятора при эмиттансе инжекци- онного пучка σinjх=σinjy=0,04 см⋅мрад. а б Рис.12. Распределения частиц пучка на входе пучковых линий ABC при эмиттансе инжекционного пучка σinjх=σinjy=0,02 см⋅мрад а б Рис.13. Распределения частиц пучка на входе пучковых линий ABC при эмиттансе инжекционного пучка σinjх=σinjy= 0,04 см⋅мрад На Рис.12,а,б и Рис.13,а,б показаны распределе- ния частиц на входе пучковых линий ABC для двух значений эмиттанса инжектируемого пучка: σinjх,у=0,02 см⋅мрад (см. Рис.12) и σinjх,у= 0,04 см⋅мрад (см. Рис.13). На Рис.12,а и Рис.13,а представлены распределения для случая, когда в магнитных полях дипольных и квадрупольных магнитов отсутствуют секступольная и октупольная компоненты, на Рис.12,б и Рис.13,б – при наличии этих компонент. ВЫВОДЫ Полученные в результате выполненных расчетов данные позволяют сделать следующие выводы: 1) влияние секступольной и октупольной компо- нент магнитного поля дипольных и квадрупольных магнитов на поперечные размеры пучка возрастает с увеличением числа магнитных элементов в каналах вывода, и на длинных каналах может привести бо- лее чем к двукратному увеличению размеров; 2) моделирование влияния отклонения магнит- ных элементов от идеальности путем расчетов по траекториям указывает на изменение формы ради- ального и вертикального эмиттансов пучка, а также вида распределения частиц в поперечном сечении пучка. Это влияние растет с увеличением эмиттанса инжектируемого пучка; 3) для компенсации увеличения размеров пучка на длинных каналах необходимо использовать не- линейные магнитные элементы. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Yu.M. Arkatov, A.N. Dovbnya, A.V. Glamazdin, I.S. Guk, S.G. Kononenko, M. Van der Wiel, J.I.M. Botman, F.A. Peev, A.S. Tarasenko. “SALO” PROJECT. Kharkiv, “National Science Center Kharkiv Institute of Physics & Technology”, 2005, p.104. 2. J.I.M. Boutman, Boling Xi, C.J. Timmermans, H.L. Hagedoorn “The EUTERPE facility” // Rev. Sci. Instrum. 1992, v.63(1), p.1569. 3. Ю.Л. Мартиросян. Исследование эффектов крае- вых магнитных полей в накопительных кольцах // ЖТФ. 2003, 73(10), c.113. 4. Е.Б. Левичев, П.А. Пименов. Влияние краевого поля на нелинейный сдвиг бетатронной часто- ты: Препринт ИЯФ СО РАН, 2000-14, 1999. 5. И.С. Гук, С.Г. Кононенко, Ф.А Пеев, А.С. Тарасенко. Магнитооптическая система рециркулятора SALO с непрерывной регулиров- кой энергии в диапазоне 60…740 МэВ // ВАНТ. Серия «Ядерно-физические исследования». 2010, в.67(3), с.44. 6. И.С. Гук, А.Н. Довбня, С.Г. Кононенко, В.И. Лященко, А.О. Мыцыков, В.П. Ромасько, А.С. Тарасенко, В.И. Щербинин. Дипольный магнит системы инжекции рециркулятора SALO // Доклад на IX Международном семинаре по проблемам ускорителей заряженных частиц, по- священном памяти профессора В.П. Саранцева, Алушта, сентябрь, 2011. 7. H.A. Enge. Effect of Extended Fringing Fields on Ion Focusing Properties of Deflecting Magnets. // Rep. Sci. Instrum. 1964, v.35, p.278. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 141 8. D.C. Carey. K.L. Brown, F. Rothacker. Third-Order TRANSPORT with MAD Input A Computer Pro- gram for Designing Charged Particle Beam Trans- port Systems // FERMILAB-Pub-98, 1998, p.310. 9. http://mad.home.cern.ch/mad/ Статья поступила в редакцию 25.09.2011 г. INVESTIGATION OF THE EFFECT OF NON-LINEAR PARAMETERS OF DIPOLE AND QUADRUPOLE MAGNETS ON THE BEAM PARAMETERS IN RECIRCULATOR SALO I.S. Guk, S.G. Kononenko, A.S. Tapasenko Because the magnet system of designed SALO recirculator consists of a large number of magnetic elements, it can be expected a significant effect of nonideality of these elements on expected parameters of the output beam. The investigation of this issue by mathematical modeling the particles dynamics is the goal of this work. ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ НЕЛІНІЙНИХ ПАРАМЕТРІВ ДИПОЛЬНИХ І КВАДРУПОЛЬНИХ МАГНІТІВ НА ПАРАМЕТРИ ПУЧКА В РЕЦИРКУЛЯТОРІ SALO І.С. Гук, С.Г. Кононенко, А.С. Тарасенко Оскільки магнітна система рециркулятора SALO, що проектується, складається із значної кількості маг- нітних елементів, то цілком ймовірний істотній вплив неідеальності цих елементів на очікувані параметри пучка, що виводиться. Дослідженню цього питання методом математичного моделювання динаміки части- нок присвячена ця робота.

Исследование влияния нелинейных параметров дипольных и квадрупольных магнитов на параметры пучка в рециркуляторе SALO

Репозитарії

Схожі ресурси