Účel IONTOVÉ ZDROJE vyrobit svazek částic vytvarovat ho a dopravit do urychlovací komory předurychlit ho (10 kev) Požadavky intenzita svazku malá emitance svazku trvanlivost zdroje stabilita zdroje minimální spotřeba plynu nenarušení vakuového systému (u plynových zdrojů) Elektronové zdroje Jako u elektronek povrch žhavené katody Alternativy: vysoké pole tunelový jev fotoemise (laser) Vysoká teplota zvyšuje proud, ale snižuje životnost Tok: A Divergence: 5-10 stupňů Iontové zdroje Princip: ionizace srážkami nebo plazmovým výbojem Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 1
Plazma směs neutrálních atomů, iontů a elektronů energie několikrát větší než ionizační potenciál, kvůli účinnosti Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 2
Obrázek 1 Princip iontového zdroje Ionizace vodíku: Mnoho konkurenčních procesů Vícenásobně nabité ionty Single-step: malá pravděpodobnost Multi-step zdlouhavá, ale jediná schůdná cesta Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 3
Penningův zdroj ionizace srážkami, magnetické pole, magnetron Plazma Unoplazmatron, duoplazmatron střední elektroda zvyšuje hustotu plazmatu Střední elektroda anoda katoda Obrázek 2 Duoplazmatron katoda EBIS (Electron Beam Ion Source) použití el. svazku k ionizaci Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 4
ECRIS (Electron Cyclotron Resonance Ion Source) generování VF blízké elektronové cyklotronové frekvenci (ω = 2,8 GHz/kG) Zdroje záporných iontů využití: tandemové urychlovače (přenábojování) problém: vedení aniontů konkurují elektrony povrch potažen cesiem Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 5
SUPRAVODIVOST V URYCHLOVAČÍCH Princip: elektrická vodivost klesá skokem při přechodu kritickou teplotou Pozor: to platí pro stejnosměrný proud Pro střídavý proud: postupné snižování vodivosti Aplikace v urychlovačích: SS: magnety (ISR 70. léta) VF: rezonátory (TRISTAN KEK, 80. léta) Illustration 1Termodynamické kritické pole (míra supravodivosti) pro různé materiály Obrázek 3Povrchová vodivost Nb pro různé frekvence Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 6
MAGNETY Obrázek 4 Tvary vinutí pro různé magnety Přínosy vyšší dosažitelné pole (3-5x) LHC: 10 T snížení poloměru zvýšení realizovatelnosti (SSC bez SC magnetů by měl obvod 230 km) nižší spotřeba energie (LHC má 25x větší energii než SPS, ale stejný příkon) Nevýhody obtížné dosažení přesnosti rozložení mg. polí celý systém v nízké teplotě, chlazení, ochrana před přechodem Specifické jevy: přetrvávající proudy (persistent) pole i bez budících proudů přechod quench: SC--> NC, náhlé uvolnění akumulované energie měrné teplo o několik řádů menší, stačí malé přehřátí Kryostat T~1,8 K Tank v kryostatu s kapalným heliem Struktura: vakuová nádoba (ocel) tepelná izolace (70 K) tepelná izolace (5-10 K) mechanická podpora (1 t/m) Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 7
potrubí na kryogenní kapaliny vakuový systém Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 8
Obrázek 5 Supravodivé kabely použité v urychlovači HERA Obrázek 6 Průřez dipólem pro LHC Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 9
REZONÁTORY Účinnost η acc = P b P mains NC: 5-10 % SC: 50 % Materiál kritická teplota (K) urych. gradient (MV/m) Pb 7,2 26 Nb 9,2 60 Nb 3 Sn 18,2 100 Využití Všechny HE JF: CEBAF, Newport News, Virginie Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 10
VAKUUM Kategorizace Kategorie Zkratka minimální tlak (Pa) Nízké LV 3 10 3 Střední MV 10-1 Vysoké HV 10-4 velmi vysoké VHV 10-7 Ultravysoké UHV 10-10 Extrémně XHV 10-10 ultravysoké VÝVĚVY 1. Transportní a. Mechanické i. rotační olejové ii. vodní b. s přenosem impulsu i. difúzní ii. turbomolekulární c. ionizační s elektrostatickým polem 2. Sorpční a. ionizační s elektrickým i magnetickým polem b. založené na vazbě plynů na stěnách i. kryokondenzační ii. kryosorpční iii. sublimační getrové (sublimace titanu) iv. iontové chemisorpční MĚŘENÍ NÍZKÝCH TLAKŮ Měření nepřímé: pomocí jiných veličin: 1. Síla a. Pístové, diafragmové, piezoodporové 2. hydrostatický tlak 3. viskozita (odpor kyvadla, oscilátoru) 4. měrná tepelná vodivost (Pirani 1906) 5. interakce elektronů a plynu 6. ionizace (Penning) Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 11
Urychlovače přednáška č. 10 Zdeněk Doležal 12