Ogólnopolskie warsztaty

Akceleracji i Zastosowań Ciężkich Jonów

Akceleracja ciężkich jonów i elementy optyki jonowej

Olga Steczkiewicz

Warszawa, 25.10.2010

Akcelerator – urządzenie służące do przyspieszania jonów

Rodzaje akceleratorów:

a) liniowe:

- akcelerator van de Graaffa: Lech (IBJ, Warszawa, Polska)

- Linac (CERN, Genewa, Szwajcaria)

a) kołowe:

- cyklotrony: U200-P (ŚLCJ, Warszawa, Polska), K130 (JYFL, Jyväskylä, Finlandia), K800 (INFN LNS, Catania, Włochy), U400 i U400M (JINR, Dubna, Rosja)

- synchrotrony: LHC (CERN, Genewa, Szwajcaria)

Akcelerator elektrostatyczny (van de Graaffa)

LINAC

CYKLOTRON

Rysunek cyklotronu z wniosku patentowego z 1934 roku

(Ernest Lawrence, 1931 r.)

SYNCHROTRON

Droga ciężkich jonów w warszawskim cyklotronie

Źródło jonów typu ECR

Linia iniekcyjnaInflektor zwierciadlany

CYKLOTRON IZOCHRONICZNY

Wyprowadzenie - stripperJonowody

Układ pomiarowy

Zasada działania źródła jonów typu ECR(Electron Cyclotron Resonance )

Nasze źródła jonów i linia iniekcyjna

Inflektor zwierciadlany

Inflektor spiralny

0 20 400

0.5

1 1

0.7

vr t( )

tk

109

t

109

0 10 20 30 400

0.5

1

1.5

0.5

1

E t( )

Einj

tk

109

t

109

Cyklotron izochroniczny

r

B(r)

Bo0 R

klasyczny

izochroniczny

0 0.2 0.4 0.6 0.82

2.01

2.02

2.03

2.04

B r( )0

B r( )1

B r( )2

r

N

O

Ar

N

S

θ

Bθ

z, Bz vr

FT

r

Bθ

vrFT

Siła Thomasa

SS

SS

D

D

D

D

WYKŁADZINY DUANTÓW

Wewnątrz wykładzin umieszczone są duanty, na które podawane jest napięcie (do 70kV) o wysokiej częstości (od 12 MHz do 19 MHz).

Wykładziny są uziemione. W szczelinie pomiędzy brzegiem duantu a brzegiem wykładziny następuje przyspieszanie jonów (4 razy na

każdym obrocie.

Wiązka

Wykładzinauziemiona

Duant RF V+

Wykładzinauziemiona

Duant RF V+

Pole elektryczne

Wyprowadzenie wiązki – stripper

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150

[cm]

[cm

]

SS

2-obrotowe wyprowadzenie jonu 16O+3

-200

-150

-100

-50

0

-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150

[cm]

[cm

]

S S

Zależność populacji stanów ładunkowych po strippingu od liczby masowej A jonów

2.062

0.001

Fq

Z 3Q 3

Q Z

q

0 5

1

2

3

Charge after stripping

Pop

ulat

ion

A=10, Z=5, Q=2, E=5 MeV/A

0.517

0.001

Fq

Z 3Q 3

Q Z

q

0 5 10

0.5

1

Charge after stripping

Pop

ulat

ion

A=20, Z=10, Q=3, E=5 MeV/A

0.471

0.001

Fq

Z 3Q 3

Q Z

q

5 10 15 20

0.2

0.4

0.6

Charge after stripping

Pop

ulat

ion

A=40, Z=18, Q=8, E=5 MeV/A

Zależność populacji stanów ładunkowych po strippingu od energii jonów

0.508

0.001

Fq

Z 3Q 3

Q Z

q

0 5 10

0.5

1

Charge after stripping

Pop

ulat

ion

A=14, Z=7, Q=3, E=1 MeV/A

0.563

0.001

Fq

Z 3Q 3

Q Z

q

0 5 10

0.5

1

Charge after stripping

Pop

ulat

ion

A=14, Z=7, Q=3, E=3 MeV/A

1.437

0.001

Fq

Z 3Q 3

Q Z

q

0 5 10

1

2

Charge after stripping

Pop

ulat

ion

A=14, Z=7, Q=3, E=6 MeV/A

Wyprowadzenie wiązki – deflektor elektrostatyczny

Jonowody

Na wszystkich jonowodach zainstalowane są elementy ułatwiające prowadzenie w nich przyspieszonej wiązki ciężkich jonów do układu eksperymentalnego.

- magnesy kwadrupolowe

- magnesy dipolowe: analizujące, rozprowadzające i steeringi

- kubki Faraday’a

- ekrany luminescencyjne

Magnes kwadrupolowy

Magnes kwadrupolowy

x

y

S

S N

N Fx

Fy

FD

0 0.1 0.2 0.30

0.02

0.04

0.06

xDn

yF n

z n

0.4 0.5 0.6 0.70

0.02

0.04

0.06

xFn

yD n

z n s L

DF s2

LL ss1

z

Magnes dipolowy - steering

B

+

-

+-

N1=No.COS(φ)

N2=No.sin(φ) S1 S2

Diagnostyka wiązki - kubek Faraday’a

V-300 V

Wiązka

I

Diagnostyka wiązki - „luminofor”

TV

Wiązka

I

Scyntylator

Dziękuję za uwagę!