Базовые параметры СЦ-1000

Одной из базовых экспериментальных установок НИЦ КИ - ПИЯФ является самый крупный в мире синхроциклотрон (СЦ-1000) на энергию протонов 1 ГэВ и током выведенного пучка 1 мкА.

Рисунок 1. Синхроциклотрон НИЦ КИ – ПИЯФ

Синхроциклотрон  предназначен для  использования в исследованиях по физике элементарных частиц, структуры ядра и механизма ядерных реакций, а также в различных областях медицины и прикладной физики. Широкий диапазон исследований определил в качестве основного требования к ускорителю его универсальность и оснащенность различными трактами пучков. Поэтому при сооружении СЦ основное внимание было уделено созданию достаточно интенсивного внешнего протонного пучка с хорошими временными и геометрическими характеристиками, а также к разработке и созданию целого набора пучков вторичных частиц: нейтронов,  пи- и мю-мезонов. Специальные меры были предприняты для уменьшения фона в экспериментальном зале ускорителя и автоматизации процедур проводимых исследований.

 Основные параметры синхроциклотрона НИЦ КИ - ПИЯФ приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Первичные и вторичные пучки сц-1000

Универсальность синхроциклотрона СЦ-1000 обусловлена хорошо развитой системой первичных и вторичных пучков.

Схема трактов транспортировки пучков  СЦ представлена на следующем рисунке:

I - основной протонный пучок

II – второй параллельный пучок протонов

III – нейтронный пучок

1 – нейтронообразующая мишень

2 – внешняя мезонообразующая мишень

3 – разводящий магнит СП-40

π1 – π-мезонный канал высоких энергий

4-π2B, 5-π2A – направления вывода π-мезонных пучков низких энергий

6 -μA,  μB – направления вывода пучков μ-мезонов

Параметры основных протонных пучков Р1, Р2, Р3

Параметры представлены в таблице

Замечание 1: Второй выведенный протонный пучок II

Кроме основного протонного пучка из камеры синхроциклотрона одновременно с основным выводится второй пучок «малой» интенсивности ~10¹⁰ с^-1 (~1% основного пучка). Пучок может быть использован параллельно основному пучку как для физических, так и для прикладных целей, в частности, для проведения протонной лучевой терапии.

Замечание 2: Протонный пучок Р3 с переменной энергией 60 − 900 МэВ

Тракты транспортировки Р1,Р2,Р3 позволяют получить пучки протонов с постоянной энергией 1000 МэВ. Однако для ряда физических и прикладных исследований требуются пучки других энергий. Для этой цели на тракте транспортировки Р3 с помощью деградера создан пучок переменной энергии. Диаметр полученных пучков разных энергий ~ 30 мм, а Δр/р находится в диапазоне 1.3%÷14%, интенсивность пучка может меняться в диапазоне 10⁷÷10¹² с^-1 (в зависимости от энергии). Начиная с 2015 г. реализован набор энергий: ~60,100,200,300,400,500,600,700,800 и 900 МэВ.

Вторичные пучки  π- и  μ - мезонов и их параметры

Все пучки π и μ мезонов образуются на внешней мезонообразующей мишени. На ускорителе созданы три канала мезонов: π1 – канал, π2 – канал низких энергий и μ - канал.

Канал  π1  отбирает  π± -  мезоны с нулевым углом рождения и поэтому на этом канале получаются π± - мезоны с предельной для синхроциклотрона ПИЯФ энергией.

Мезонный канал синхроциклотрона обеспечивает получение пучков сепарированных μ - мезонов обоих знаков в диапазоне импульсов 29÷150 МэВ/c с интенсивностью на уровне 10⁴÷10⁵ част.×см^-2×с^-1.

Канал π2 является составной частью μ-мезонного канала. На этом канале имеется возможность получать пучки π-мезонов низкой энергии обоих знаков.

Параметры пучков вторичных частиц

Нейтронный пучок III и его параметры

Нейтронный пучок III  генерируется в камере ускорителя в результате однооборотного сброса протонного пучка на внутреннюю нейтроно-образующую свинцовую мишень. Его параметры приведены в следующей таблице: