Разработка и апробация новых систем диагностики пучков тяжелых ионов

Современное развитие ядерной физики и создание новых экспериментальных установок на базе ускорительного комплекса ЛЯР ОИЯИ предъявляют повышенные требования к точности, чувствительности и безопасности диагностики пучков тяжелых ионов. Особую актуальность приобретают методы, позволяющие контролировать параметры пучка в широком диапазоне интенсивностей, включая ультранизкие токи, при минимальном воздействии на пучок и элементы ускорительной установки.
Диссертационная работа посвящена разработке и экспериментальной апробации новых методов и систем диагностики пучков тяжелых ионов, предназначенных для решения актуальных задач фундаментальных и прикладных исследований на ускорительном комплексе ЛЯР ОИЯИ. В работе рассмотрены три взаимосвязанные задачи: прецизионное бесконтактное измерение ВЧ-напряжения на дуантах циклотронов, определение положения пучка при экстремально низких интенсивностях и неинвазивное измерение двумерного распределения плотности широких пучков тяжелых ионов.
В первой части работы разработан и экспериментально апробирован бесконтактный метод определения амплитуды ВЧ-напряжения на дуантах циклотронов по краю спектра тормозного излучения. Метод позволяет определять ВЧ-напряжение с точностью не хуже ±2 кВ в диапазоне до 130 кВ. На циклотронах У-400М и ДЦ-280 экспериментально установлена частотная зависимость коэффициента передачи штатных пикап-электродов, что позволило выявить систематическую погрешность системы контроля и разработать процедуру ее компенсации.
Вторая часть работы связана с диагностикой пучков при ультранизких интенсивностях, необходимой, в частности, для безопасной настройки пучка на входе в сверхпроводящий газонаполненный сепаратор GASSOL. Разработан многоканальный профилометр на основе вторичной электронной эмиссии, предназначенный для работы в экстремально широком диапазоне интенсивностей. Детектор обеспечивает определение положения пучка с точностью до ±1 мм и позволяет проводить настройку соосности пучка с магнитной осью сепаратора без использования высоких интенсивностей, способных привести к повреждению криогенных компонентов и детекторов.
Третье направление посвящено развитию неинвазивной двумерной диагностики широких пучков тяжелых ионов для задач прикладных исследований, включая радиационную стойкость электроники, радиобиологию и материаловедение. Разработан многоканальный ионизационный монитор на основе ионизации остаточного газа, позволяющий получать двумерное распределение плотности пучка непосредственно в процессе облучения. Экспериментально продемонстрировано пространственное разрешение порядка 1,5×1,5 мм² и высокая чувствительность к слаботочным пучкам.