Техническое задание

к спектрометру на основе магнитов М5,М6,М7,М8

Основные цели и задачи разработки

Данный спектрометр предназначается для сепарации продуктов реакции пучка ускоренных ионов на мишени, расположенной в блоке диагностики 5 (Рис.1). Данный спектрометр позволяет сепарировать ионы как по магнитной жёсткости с использованием диполей М5 и М6, так и по энергетическим потерям в поглотителе, расположенном в дисперсионной фокальной плоскости между диполями М6 и М7 (Рис.2). В дальнейшем отсепарированные продукты реакции регистрируются в фокальной плоскости после диполя М8 детектирующими устройствами. Данный спектрометр является дважды ахроматичным (по импульсу и по углам) в финальной фокусной плоскости. Спектрометр симметричен относительно дисперсионной фокальной точки.

Также спектрометр позволит получать радиоактивные пучки для дальнейшей их транспортировки на установку ФОБОС.

В случае проведения первичного пучка непосредственно на ФОБОС данный спектрометр не нарушает ионно-оптических свойств канала транспортировки. Новые элементы канала транспортировки пучка устанавливаются на постоянное время для всех задач с данной трассой без последующих замен.

Основные действия по модернизации канала транспортировки пучка

1. Заменить триплет линз после магнита М6 на два дуплета квадрупольных линз 7k30-1500 (стандарт У400M) (см.Рис.1); 2. Согласно прилагающейся схеме изъять два блока диагностики между магнитами М6 и М7 и вставить один блок диагностики между вновь вставляемыми дуплетами линз (см. пункт 1); 3. Переместить фрагмент ионопровода вместе с отклоняющим магнитом между магнитом М8 и следующим за ним дуплетом линз (по трассе к ФОБОСУ) на новое место сразу за этим дуплетом;

4 Разместить в блоке диагностики между диполями М6 и М7 необходимые элементы для диагностики пучка и откачки воздуха, оставив при этом два отверстия (верхнее центральное и одно из боковых) свободными для установки стартового детектора на основе микроканальных пластин и поглотителя (Рис.2).

Разместить в данном блоке диагностики и в блоке диагностики в финальной фокальной плоскости (после диполя М8) устройства горизонтальных и вертикальных щелей с дистанционным управлением (Рис.2).

5. В связи с тем что смена триплета на два дуплета вызывает дефицит расстояния 152 мм, рассмотреть три следующих варианта и выбрать наилучший:

a) укоротить камеры обоих дуплетов линз: вместо полной длины камеры 1250 мм, сделать 1170 мм (Рис.3). Суммарное расстояние с обоих концов дублета от фланцев до катушек линз составляет 170 мм, что позволяет их модернизацию. "Укороченные" дуплеты располагаются ближе к диполям, что улучшает ионно-оптические характеристики спектрометра.

b) сделать новый блок диагностики длиной 340 мм вместо стандартного 500 мм (Рис.5). Недостатками являются довольно трудоёмкие работы по разработке и созданию нового блока диагностики и его малая длина, вследствие чего ограничено количество диагностических устройств и экспериментального обоудования (детектор позиционно-чувствительный, поглотитель в дисперсивной фокальной плоскости );

c) изъять шибер и один из сильфонов между диполями М6 и М7 (Рис.4). Основным недостатком варианта является сложность стыковки без сильфона линзы с диполем. Также отсутствие шибера может создавать дополнительные проблемы при создании вакуума в ионопроводе;

Наилучшим вариантом является на наш взгляд вариант а). На основе данного варианта были приведены в приложении расчёты магнитной оптики данного спектрометра. 6. Разработать охлаждаемую "ловушку" пучка в камере диполя М5 для избежания перерассеяния пучка на стенках ионопровода и чтобы не допустить повреждений камеры диполя под действием первичного пучка (Рис.6). "Ловушка" должна тормозить первичный пучок, как в случае вторичного протоноизбыточного пучка, так и нейтроноизбыточного.

7. В случае установки новых дуплетов из линз 11k-30.600 (стандарт У400) вместо планируемых линз 7k30-1500 переделать камеру магнита М6 таким образом, чтобы его выход камеры стыковался по размерам со следующим за ним дуплетом линз аппертурой 110 мм вместо предшествующих 70 мм.

К заданию прилагаются схема экспериментального зала У400М (Рис.1), схема нового спектрометра (Рис.2), варианты модифицирования блоков между диполями М6 и М7 (Рис.3-5), схемы камеры первого диполя М5 и траектории первичного пучка для различных вторичных пучков (Рис.6), а также расчеты магнитной оптики спектрометра (Рис.7,8).

Рис.1. Схема экспериментального зала У400М. На схеме показан триплет линз, вместо которого должны быть поставлены два дуплета линза, и фрагмент ионопровода после магнита М8, который должен быть перенесён, перечёркнут крестом.

Рис.2. Схема спектрометра.

Рис.3. Вариант a) модификации спектрометра: укоротить камеры обоих дуплетов линз: вместо полной длины камеры 1250 мм, сделать 1170 мм.

Рис.4. Вариант b) модификации спектрометра: сделать новый блок диагностики длиной 340 мм вместо стандартного 500 мм.

Рис.5. Вариант c) модификации спектрометра: изъять шибер и один из сильфонов между диполями М6 и М7.

Для избежания перерассеяния пучка на стенках ионопровода и чтобы не допустить повреждений камеры диполя под действием первичного пучка необходимо в камере иполя М5 установить "ловушку" пучка. Определение места "ловушки" усложняется моментом, что отклонение по импульсу первичного пучка после мишени от интересуемого фрагмента может быть в широком диапозоне. В таблице приведены примеры реакций, соответствующих энергиям У400М для получения экзотических ядер ⁸B, ⁶He, ⁸He.

Реакция	Фрагмент	dBrho/Brho
¹²C(43AMeV)+Be(1mm)	⁸B	-33%
¹²C(43AMeV)+Be(1mm)	⁶He	27%
¹³C(43AMeV)+Be(2mm)	⁸He	44%
¹³C(43AMeV)+Be(10mkm)	¹²С	-9%

В то же время предполагается из расчётов, что максимальный акцептансом спектрометра по импульсу ± 1.5%.

Рис.6. Схемы камеры первого диполя М5 и траектории первичного пучка для различных вторичных пучков.

	This spectrometer ("Mirror" mode)	ACCULINA (NIM A391 [1997] 228)
Target Image	*55 мм²**	*35 мм²**
Magnification
X - Target - Wedge	-1.2	0.43
X - Target - Focal plane	1.01	1.0
Y - Target - Wedge	-1.9	2.0
Y - Target - Focal plane	1.15	1.0
Dispersion (in DFP)	13.4 mm/%	5.6 mm/%
Momentum Acceptance (pipe 64 mm)	± 1.4 %	± 3.0 %
Angular Acceptance	0.57 msr	0.3 msr
Resolution	*2.210^-³**	*1.010^-³**
Length	16.8 m	12.6 m

Рис.7. Пакет пучка в "Симметричной (Зеркальной)" моде.

Рис.8. Вертикальная огибающая первичного пучка ¹²Cдля случая настройки спектрометра на вторичный пучок ⁸B для реакции ¹²C (43 Мэв/А)+ Be (1мм).

Since 06.09.99