Линак с рекуперацией энергии - Energy recovery linac

An ускоритель рекуперации энергии (ERL) обеспечивает пучок электронов, используемых для получения рентгеновских лучей синхротронное излучение.[1] Впервые предложено в 1965 г.[2] интерес к идее возник с начала 2000-х годов.[3]

Спектральное сияние

Полезность рентгеновского луча для научных экспериментов зависит от его спектральное сияние, который сообщает, сколько мощности данной длины волны сосредоточено в точке. В большей части научной литературы по источникам рентгеновского излучения используется близкий термин, называемый блеск, который считает скорость произведенных фотонов, а не их мощность. Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны фотона.

Очень высокая мощность обычно достигается за счет передачи энергии короткими импульсами, позволяя устройству работать в разумных пределах потребляемой мощности и охлаждения. В зависимости от длительности импульса и частоты следования средняя спектральная яркость будет намного ниже, чем пиковая спектральная яркость. Пиковая спектральная яркость и средняя спектральная яркость являются важными свойствами рентгеновского луча. Для некоторых экспериментов пиковое значение является наиболее важным, но для других экспериментов наиболее важным является среднее значение.

В качестве источника синхротронного света производительность линейного ускорителя с рекуперацией энергии находится между кольцо для хранения и лазер на свободных электронах (FEL). 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

При использовании рециркуляционного пучок заряженных частиц с магнитная решетка напоминая кольцо для хранения, каждая частица проходит по рециркуляционной дуге, прежде чем замедляться в линейный ускоритель структура. Та же структура линейного ускорителя также ускоряет новые частицы низкой энергии, которые непрерывно вводятся в линейный ускоритель. Таким образом, вместо непрерывной рециркуляции пучка частиц, в то время как его эмиссия увеличивается на синхротронное излучение излучения, рециркулируется только его кинетическая энергия, что обеспечивает низкий коэффициент излучения пучка при сохранении высокой частоты повторения, сравнимой с синхротроны.

  1. Заряженные частицы (обычно электроны) вводятся в линейный ускоритель (линейный ускоритель), где частицы ускоряются радиочастотным (РЧ) полем.
  2. Луч ускоренных частиц выходит из линейного ускорителя и проходит через ряд магнитов, которые направляют пучок обратно в начало линейного ускорителя.
  3. Длина пути луча такова, что возвращающиеся частицы смещены по фазе примерно на 180 градусов по сравнению с частицами, ускоряемыми линейным ускорителем.
  4. Разность фаз вызывает замедление возвращающихся частиц, в то время как вновь введенные частицы ускоряются. Кинетическая энергия замедленных частиц увеличивает интенсивность радиочастотного поля, которое используется ускоряемыми частицами.

Линейные ускорители рекуперации энергии по всему миру

Брукхейвенская национальная лаборатория

BNL-ERL рассчитан на 500 мА при 20 МэВ. В настоящее время он вводится в эксплуатацию в отделении ускорителей коллайдеров Брукхейвенской национальной лаборатории. Одной из основных особенностей этого ERL является сверхпроводящий лазерный фотокатод RF-пушки, питаемый от клистрона непрерывного действия мощностью 1 МВт и оснащенный системой блокировки нагрузки для вставки фотокатодов с высокой квантовой эффективностью. Эта пушка ERF будет обеспечивать пучки электронов высокой яркости при беспрецедентной средней мощности. Задача этого ERL - служить платформой для НИОКР В ОБЛАСТИ ВЫСОКОТОКОВЫХ ERL. В частности, вопросы генерации гало и управления ими, вопросы модерации более высокого порядка, когерентное излучение луча и высокая яркость, генерация и сохранение луча высокой мощности. После его завершения мы планируем использовать его для различных приложений, таких как генерация терагерцового излучения и рентгеновских лучей высокой мощности посредством комптонного рассеяния лазерного света от его электронного луча.[5]

Корнелл Университет

Корнельский университет в партнерстве с Брукхейвенской национальной лабораторией находится в процессе создания CBETA,[6][7] ERL, построенный с использованием FFAG оптика и сверхпроводящий РФ полостей, нацеленных на непрерывный электронный пучок до 100 мА с энергией до 150 МэВ, в рамках программы исследований на будущее электронно-ионный коллайдер.

Проект по усовершенствованию LHC ЦЕРНа в LHeC

Недавнее исследование предлагает улучшить ЦЕРН Большой адронный коллайдер (LHC ), крупнейшего ускорителя, существующего в настоящее время (2013 г.), добавив к большому накопителю LHC тангенциальную конструкцию из двух линейных ускорителей для рекуперации энергии электронов, каждый длиной 1008 м, что дает возможность получать не только адрон-адронные удары. , но также, например, адронно-электронные, и таким образом улучшить LHC до некоего "LHeC ".

За это предложение, исходящее от специального комитета физиков ЦЕРН, М. Кляйн (Ливерпульский университет), по предложению Институт Физики получил взаимную Приз Макса Борна британцев и Немецкие физические общества.[8][9]

Смотрите также

  • АЛИСА (ускоритель), Прототип линейного ускорителя с рекуперацией энергии, в лаборатории Дарсбери в Чешире, Англия

Рекомендации

  1. ^ Gruner, S.M .; Bilderback, D .; Базаров, И .; Финкельштейн, К .; Krafft, G .; Merminga, L .; Padamsee, H .; Shen, Q .; Sinclair, C .; Тигнер, М. (2002). «Линейные ускорители с рекуперацией энергии как источники синхротронного излучения (приглашены)». Обзор научных инструментов. 73 (3): 1402. Bibcode:2002RScI ... 73.1402G. Дои:10.1063/1.1420754.
  2. ^ Тигнер, Мори (1965). «Возможный прибор для экспериментов с сталкивающимся электроном». Nuovo Cimento. 37 (3): 1228–1231. Bibcode:1965NCim ... 37.1228T. Дои:10.1007 / bf02773204.
  3. ^ Ричард Талман (2007). «10». Ускорительные источники рентгеновского излучения. Джон Вили и сыновья. п. 299. ISBN  978-3527610297.
  4. ^ Джон К. Хеммингер (май 2009 г.). Источники фотонов нового поколения для решения серьезных задач в науке и энергетике (PDF) (Отчет). Министерство энергетики США. Получено 1 октября 2013.
  5. ^ "SRF ERL 300 мА: И. Бен-Цви" (PDF). Bnl.gov. Получено 4 августа 2018.
  6. ^ «КЛАСС: Линейный ускоритель с рекуперацией энергии». Classe.cornell.edu. Получено 4 августа 2018.
  7. ^ Г. Х. Хоффштеттер и др., «Отчет о проектировании CBETA, Cornell-BNL ERL Test Accelerator», Classe-cornell.edu, 2017.
  8. ^ Кляйн, Макс (2013). «Ренессанс в Зихте». Физический журнал 12 (8/9): 61-66 (на немецком языке).
  9. ^ О. Брюнинг, М. Кляйн: Подготовка к будущему протон-лептон-коллайдеру в системе ТэВ-центра масс В архиве 21 сентября 2013 г. Wayback Machine, ЦЕРН, внутренний отчет; назван 2013, 17 сен.