WikiDer > 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 ЦЕРНБольшой 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 Физикиполучил 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.