11 июня 2015 г. в Объединённом институте ядерныъх исследований состоялось очередное совместное заседание двух семинаров – секции физики пучков заряженных частиц и ускорительной техники общеинститутского семинара и секции физики и техники ускорителей, криогеники общелабораторного семинара ЛФВЭ. Заслушаны два доклада – "Механизм накопления заряженных частиц в ловушке Пеннинга – Малмберга – Сурко (ПМС) с вращающимся электрическим полем" (авторы М. К. Есеев, А. Г. Кобец, И. Н. Мешков, О. С. Орлов и А. А. Cидорин, докладчик – член-корреспондент РАН И.Н. Мешков), и "Расчет влияния нагрузки ускоряющей структуры током пучка в ускорителе ЛУЭ-200" (авторы Т. М. Бондаренко, С. М. Полозов и А. П. Cумбаев, докладчики – С. М. Полозов и А. П. Cумбаев ).
В первом сообщении представлены экспериментальные данные по исследованию воздействия вращающегося электрического поля (RW-поля) в ловушке ПМС с продольным магнитным полем на динамику частиц. «Ловушечные» технологии с успехом применяются во многих исследовательских центрах мира в экспериментах с позитронами и другими экзотическими частицами и атомами. Прогресс в этом направлении связан с использованием в ловушках ПМС вращающегося электрического поля, поперечного к оси ловушки, что увеличивает эффективность накопления заряженных частиц и их время жизни. Этот эффект, обнаруженный ранее другими авторами, до сих пор не получил объяснения. Cгусток зарядов, аккумулируемых в ловушке ПМС, сжимается под воздействием вращающегося электрического и продольного магнитного полей. В этом и состоит " загадка Сурко". Попытки объяснить этот эффект возбуждением неустойчивостей в позитронной (электронной) плазме оказалась несостоятельной, так как сжатие пучка происходит и при очень низких интенсивностях сгустка, когда никакие неустойчивости возбуждаться не могут.
В работе группы ОИЯИ получены экспериментальные данные в ловушке ПМС, являющейся частью инжектора позитронов установки LEPTA, созданной в ОИЯИ для изучения физики позитрония. Авторами предложен и экспериментально подтвержден механизм действия вращающегося поля. Изучены особенности накопления позитронов и электронов и процессов сжатия их сгустков в ловушке ПМС под действием вращающегося поля. В режиме малых и переходных интенсивностей подтверждена сжимающая роль поля в воздействии на сгустки, что приводит к увеличению времени жизни сгустка накапливаемых частиц и, соответственно, их количества. Эффект наблюдается в широком диапазоне интенсивностей, а это подтверждает предложенный авторами механизм резонансного воздействия RW-поля на аккумулируемые частицы. Авторами предложены также изменения в конструкции ловушки ПМС, позволяющие увеличить эффективность накопления частиц. Работа рекомендована к публикации в журнале "Письма в ЖЭТФ".
В сообщении С. М. Полозова (МИФИ) и А. П. Сумбаева (ОИЯИ) представлены результаты работы, в которой определялось воздействие тока (пространственного заряда) ускоряемого пучка электронов на эффективность ускорения частиц в ускоряющей структуре с бегущей электромагнитной волной (длина волны 10 см) ускорителя ЛУЭ-200 установки ИРЕН ОИЯИ.
Численным моделированием изучена динамика пучка электронов в группирователе и ускоряющей секции с постоянным импедансом для оценки влияния подгрузки ускоряющего СВЧ поля на такие параметры пучка, как коэффициент захвата в режим ускорения, средняя энергия, энергетический спектр частиц на выходе и т.д. В расчетах показано, что при использовании для питания одной ускоряющей секции ЛУЭ-200 клистронного усилителя СВЧ - мощности TH2129 с импульсной мощностью, равной 17 МВт, для пучка с нулевым током максимальная вероятная энергия ускорения составляет около 60 МэВ. Моделирование ускорения «на запасенной энергии» показало, что инжекция в ускоряющую секцию пучка с током выше 1 А снижает энергию на выходе до 20 МэВ. При выходе ускоряющего поля секции на стационарный режим (примерно 40-й сгусток) максимально вероятная энергия пучка составляет 34,9 МэВ, а средняя энергия для всех частиц, дошедших до конца ускорителя, равна 30,3 МэВ. Используемый на ускорителе вариант СВЧ – группирователя на стоячей волне не обеспечивает ни эффективного сжатия пучка по фазам, ни увеличения средней энергии сгустка до требуемого значения (около 2,0 – 2,5 МэВ), оптимального для перезахвата в ускоряющей секции. Спектр пучка на выходе при этом не лучше ± 20 процентов (по основанию). Результат в целом соответствует измеренным в экспериментах значениям.
Предложения по оптимизации динамики частиц в ускорителе электронного пучка и уменьшению влияния нагрузки током ускоряющей системы, представленные в сообщении, рекомендованы к использованию в развитии проекта ИРЕН.