FFAG accelerator

En fast-Field Skiftende Gradient accelerator er en cirkulær partikelaccelerator koncept, som udviklingen blev startet i begyndelsen af ​​50'erne, og som kan karakteriseres ved dets tid-uafhængig magnetfelter og brugen af ​​stærke fokusering. Således FFAG acceleratorer kombinere cyklotron fordel af kontinuerlig, unpulsed drift, med synkrotron relativt billig lille magnet ring, smalle boring.

Selv om udviklingen af ​​FFAGs ikke var blevet forfulgt i over et årti starter fra 1967 har det fået interesse siden midten af ​​1980'erne til brug i neutron Spallation kilder, og som drivkraft for Muon colliders siden midten af ​​1990'erne.

Historie

Første udviklingsfase

Ideen om faste felt vekslende-gradient synkrotroner blev udviklet uafhængigt i Japan af Tihiro Ohkawa, i USA af Keith Symon, og i Rusland af Andrei Kolomensky. Den første prototype, bygget af Lawrence W. Jones og Kent M. Terwilliger ved University of Michigan bruges betatron acceleration og var i drift i begyndelsen af ​​1956. der falder, blev prototypen flyttet til midtvestlige universitetsforskning Association laboratorium ved University of Wisconsin, hvor det blev omdannet til en 500 keV elektron synkrotron. Symon patent, arkiveret i begyndelsen af ​​1956 bruger udtrykkene "FFAG accelerator" og "FFAG synkrotron". Ohkawa arbejdede med Symon og MURA holdet i flere år startende i 1955.

Donald Kerst, der arbejder med Symon, indgav et patent for spiral-sektoren FFAG accelerator på omkring samme tid som Symon s Radial Sector patent. En meget lille spiral sektor maskine blev bygget i 1957, og en 50 MeV radial sektor maskine blev opereret i 1961. Denne sidste maskine var baseret på Ohkawa patent, indgivet i 1957, til en symmetrisk maskine i stand til samtidigt at accelerere identiske partikler i både uret og mod uret bjælker. Dette var en af ​​de første kolliderende beam acceleratorer, selv om denne funktion ikke blev brugt, da den blev sat til praktisk brug som injektoren for Tantalus opbevaring ring på, hvad der ville blive den synkrotronstråling Center. Den 50MeV maskine blev endeligt pensioneret i begyndelsen af ​​1970'erne.

MURA designet 10 GeV og 12,5 GeV proton FFAGs, der ikke blev finansieret. To skaleret ned design, en for 720 MeV og en for en 500 MeV injektor, blev offentliggjort.

Med lukning af MURA som begyndte 1963 og sluttede 1967 FFAG konceptet ikke var i brug på en eksisterende accelerator design og dermed var ikke aktivt diskuteret i nogen tid.

Fortsat udvikling

I begyndelsen af ​​1980'erne, blev det foreslået af Tat khoe og Phil Meads at en FFAG var egnet og fordelagtig som en proton accelerator til en intens Spallation neutronkilde, starter ud projekter ledet af Argonne National Laboratory og Jülich Forskningscenter.

Blev afholdt FFAG konferencer udforske denne mulighed startende fra 1983; Senere var der en FFAG workshop på CERN motiveret af høj energi fysik og to på KEK; disse har fortsat nogenlunde årligt. Artikler er dukket op i de fleste PAC, EPAC, og cyklotron konferencer.

Den vellykkede konstruktion og idriftsættelse af den første proton FFAG af gruppen af ​​Y. Mori igangsat et boom af FFAG aktiviteter. Den lovende anvendelse af FFAGs til medicinsk og højenergifysik er den vigtigste motivation for dette. Ved at anvende mødt legering til rf hulrum rf acceleration kunne øges med en størrelsesorden.

Med superledende magneter, den ønskede længde af FFAG magneter skalerer omtrent som omvendte kvadrat af det magnetiske felt, som var et uventet resultat. DFD og FDF triplet magnet design til FFAGs forudsat en kompakt og forenklet design, der gav væsentligt større afdrift længder, og som har været brugt til efterfølgende skalering FFAGs. Denne magnet design er specielt velegnet til radiale FFAG machies, hvilket fører til en mere lineær stråle dynamiske optik. M. Abdelsalam og R. Kustom udledt en spole form for at tilvejebringe den nødvendige felt med ingen jern. Denne magnet design blev videreført af S. Martin et al. fra Jülich.

P. Meads opfundet en nonscaling FFAG hvor melodier er faste så ingen resonanser få krydset under acceleration. Udformningen af ​​en sådan maskine starter med to dispersionsbaserede fri lige sektioner med en triplet magnet mellem dem. Juster lineære egenskaber til at matche, og derefter bruge COSY INFINITY til at justere områder af bøjning magneter, tilføjer lineære udtryk, orden ved kendelse, at holde melodier faste, mens kortlægning en reference kredsløb til vilkårlig momentum til at gå fra midten af ​​det første lige sektion til midten af ​​den anden.

Skalering vs ikke-skalering typer

Magnetfelterne er nødvendige for en FFAG er ganske komplekse. Beregningen for magneterne bruges på Michigan FFAG Mark Ib, en radial sektor 500 keV maskinen fra 1956, blev udført af Frank Cole på University of Illinois på en mekanisk regnemaskine bygget af Friden. Det var på grænsen af, hvad der med rimelighed kunne gøres uden computere; de mere komplekse magnet geometrier af spiral sektor og ikke-skalering FFAGs kræver sofistikerede computermodeller.

Mura maskiner blev skalering FFAG synkrotroner betyder, at banerne for enhver momentum er fotografiske forstørrelser af dem af nogen anden momentum. I sådanne maskiner betatronen frekvenser er konstant, således ingen resonanser, der kunne føre til stråle tab, krydses. En maskine er skalering hvis midterplan magnetfelt opfylder

hvor

  • ,
  •  er feltet indeks,
  • er hyppigheden,
  •  er spiral vinkel,
  •  den gennemsnitlige radius, og
  •  er en vilkårlig funktion, der muliggør en stabil bane.

For en FFAG magnet er meget mindre end for en cyklotron af samme energi. Ulempen er, at disse maskiner er meget ikke-lineær. Disse og andre relationer udvikles i papiret ved Frank Cole.

Tanken om at bygge en ikke-skalering FFAG først faldt Kent Terwilliger og Lawrence W. Jones i slutningen af ​​1950'erne, mens tænker på hvordan man kan øge bjælken lysstyrke i sammenstød regioner af 2-vejs kolliderende stråle FFAG de arbejdede på. Denne idé havde umiddelbare applikationer i at designe bedre fokusere magneter for konventionelle acceleratorer, men var ikke på design FFAG indtil flere årtier senere.

Hvis accelerationen er hurtig nok, kan partiklerne passerer gennem betatronen resonanser, før de har tid til at opbygge en skadelig amplitude. I så fald dipol felt kan være lineær med radius, hvilket gør magneterne mindre og enklere at konstruere. En proof-of-principle lineære, ikke-skalering FFAG kaldet er lykkedes betjent ved Daresbury Laboratory, UK ,.

Lodrette FFAGs

Lodrette Orbit Udflugt FFAGs er en speciel type FFAG indrettet således, at højere energi kredser forekomme over lavere energipriser baner, snarere end radialt udad. Dette opnås med skæve fokusering felter, der skubber partikler med højere stråle stivhed lodret ind regioner med et højere dipol felt.

Den største fordel ved en VFFAG design over en FFAG udformning er, at vejlængde holdes konstant mellem partikler med forskellige energier, og derfor relativistiske partikler rejser isochronously. Isochronousity af revolutionen periode muliggør kontinuerlig stråle drift, derfor tilbyder den samme fordel i magt, isokrone cyklotroner har over synchrocyclotrons. Isokrone acceleratorer har ingen langsgående bjælke fokusering, men dette er ikke en stærk begrænsning acceleratorer med hurtige opvarmningstakter typisk anvendes i FFAG designs.

De største ulemper nævnes, at VFFAGs kræver usædvanlige magnet design og i øjeblikket VFFAG designs er kun blevet simuleret i stedet testes.

Applikationer

FFAG acceleratorer har potentielle medicinske anvendelser i proton terapi for kræft, som proton kilder til høj intensitet neutron produktion, til ikke-invasive sikkerhedsinspektioner af lukkede fragtcontainere, for hurtig acceleration af muoner til høje energier, før de har tid til at henfalde, og som "energi forstærkere", for Accelerator-Driven underentreprise kritiske Reactors / Sub-kritiske reaktorer, hvor en neutron stråle stammer fra en FFAG drev en lidt sub-kritiske fission reaktor. Sådanne ADSRs ville være iboende sikker, der ikke har nogen fare for utilsigtet eksponentielle løbsk, og relativt lille produktion af Transuraner affald, med sin lange levetid og potentiale for spredning af atomvåben.

På grund af deres kvasikontinuerlig stråle og de resulterende minimale acceleration intervaller for høje energier, har FFAGs også fået interesse som mulige dele af fremtidige muon Collider faciliteter.

Status

I 1990'erne, forskere på KEK partikelfysik laboratorium i nærheden af ​​Tokyo begyndte at udvikle FFAG koncept, der kulminerede i en 150 MeV maskine i 2003. En ikke-skalering maskine, døbt PAMELA, at fremskynde både protoner og kulstof kerner til kræftbehandling er konstrueret . I mellemtiden var en ADSR opererer på 100 MeV demonstreret i Japan i marts 2009 på Kyoto University Critical Assembly, opnå "bæredygtige kernereaktioner" med den kritiske Forsamlingens styrestænger indsat i reaktorkernen at dæmpe den under kritikalitet.

Yderligere læsning

  • "The genfødsel af FFAG". CERN Courier. 28. jul 2004. Hentet Apr 11, 2012.
  0   0
Forrige artikel Absurd Person Singular
Næste artikel Blank Rom

Relaterede Artikler

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha