Введение 4
Постановка задачи 6
Обзор литературы 7
Глава 1. Внутрипучковое рассеяние 9
Свойства ВПР и методика расчета темпов нагрева 9
Решение задачи оптимизации 14
Глава 2. Сохранение фазового объема. Светимость 19
Расчет темпа стохастического охлаждения 19
Cравнение времен, светимость 26
Выводы 29
Заключение 30
Список литературы 31
Приложение 32
В Объединенном Институте Ядерных Исследований разрабатывается новый ускорительно-коллайдерный комплекс NICA [1]. Основным проектным параметром любой подобной установки является максимально достижимая светимость. Так как светимость характеризует интенсивность столкновения частиц пучка, ее значение возрастает с увеличением количества ускоряемых частиц. Частицы пучка в коллайдере могут ускоряться только при наличии электрического заряда, собираясь в сгустки в процессе ускорения высокочастотным электрическим полем. Наличие же большого количества заряженных частиц в сгустке с зарядом одного знака приводит к расталкиванию частиц и расширению пучка (т.н. внутрипучковому рассеянию или ВПР). При ограниченном объеме пучковой камеры частицы расширяющегося пучка в конечном итоге достигают камеры и теряются при поглощении камерой. Этот процесс ограничивает максимально возможное количество частиц пучка и приводит к ограничению по светимости.
Первой частью работы является обзор свойств ВПР и методика расчета его характерных времен. Основным выводом является тот факт, что при определенном соотношении между параметрами сгустков, характеризующими температуры соответствующие горизонтальной, вертикальной и продольной степеням свободы пучка, можно достичь минимального темпа ВПР. В свою очередь, минимальный темп ВПР накладывает наименее жесткие технические требования на системы, предназначенные для его компенсации.
Скомпенсировать процесс ВПР можно с помощью применения методов охлаждения пучка. В своей исследовательской работе мы рассматриваем систему стохастического охлаждения. Она представляет собой широкополосную высокочастотную систему обратной связи, работающую независимо для горизонтальной, вертикальной и продольной степеней свободы пучка. Во второй части работы дано описание алгоритма расчета характерного времени стохастического охлаждения, приведено сравнение темпов ВПР и охлаждения для параметров коллайдера NICA и показана возможность достижения проектной светимости.
По итогам решения оптимизационной задачи определены значения параметров фазового объема пучка, при которых поддержание светимости в коллайдере NICA с помощью системы стохастического охлаждения накладывает на эту систему наименее жесткие требования. Более быстрые темпы стохастического охлаждения, чем темпы нагрева от ВПР при проектных параметрах коллайдера NICA закладывают запас по интенсивности пучка, что позволит с уверенностью достичь целевых значений светимости установки в диапазоне кинетических энергий пучка от 3.0 до 4.5 ГэВ/н.
