Кулер для коллайдера NICA - Объединенный институт ядерных

Проект высоковольтного
кулера для коллайдера НИКА
Е.В. Ахманова, А.Г. Кобец, И.Н. Мешков, Р.В. Пивин,
А.Ю.Рудаков, А.В. Смирнов, Н.Д.Топилин, Ю.А.Туманова,
А.В.Шабанов, СЛ. Яковенко
Объединенный институт ядерных исследований, Дубна
М.П.Кокуркин, Н.Ю.Лысов, М.М.Пашин, А.А.Филиппов
Всероссийский электротехнический институт, Москва
А.В. Иванов
Институт ядерной физики им. Будкера, Новосибирск
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта 1/1
Содержание:
•Концептуальный проект системы электронного
охлаждения коллайдера НИКА
•Генерация электронного пучка и рекуперация
энергии
•Моделирование магнитного поля
•Высоковольтный генератор
•Заключение
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта 2/1
Концептуальный проект системы электронного
охлаждения коллайдера НИКА
Принципиальная схема коллайдера
RF2
Injection
RF3
SPD
Spin
rotator
Spin Sib. Snakes
rotator 1
2
El.cooler
MPD
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта 3/1
Концептуальный проект системы электронного
охлаждения коллайдера НИКА
Высоковольтный электронный кулер
Энергия электронов 0.5  2.5 МэВ
Ток электронного пучка 0.5  1 A
5m
3.1 m
8.5 m
6m
1.3 m
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Концептуальный проект системы электронного
охлаждения коллайдера NICA
Параметры СЭО
Энергия электронов, МэВ
0,5  2,5
Потенциал коллектора относительно катода, кВ
0,5  2,0
Ток электронного пучка, А
0.1  1,0
Ток потерь электронного пучка, мА
< 0.1
Выделяемая мощность от накала катодов, Вт
2×100
Максимальная
мощность,
коллекторах, кВт
выделяемая
Диаметр катода электронных пушек, см
Продольное магнитное поле, Тл
Стабильность энергии электронного пучка
в
2×2
3,0
0,1  2,0
1×10-4
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Генерация электронного пучка и рекуперация энергии
Конструкция электронной пушки
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Генерация электронного пучка и рекуперация энергии
Распределение электрического поля на оси пушки для различных
значений напряжения на управляющем электроде : Ucath = -60 kV,
Ucontrol =-41 kV, Uanod =0 kV, I = 1A, µP=0.38
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Генерация электронного пучка и рекуперация энерг
Te(z) for B=0.1 T
Эволюция поперечной температуры электронов вдоль
оси электронного пучка на радиусе 0,65
см : 1 – B = 1 kGs; 2 – B = 2 kGs;
3 – B = 1.5 kGs
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Генерация электронного пучка и рекуперация энерги
Te(z) for B=0.1 T
Конструкция коллектора
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Генерация электронного пучка и рекуперация
энергии
магнитный экран
приемник
Анод
Супрессор
Результаты расчета полей и траекторий электронов при входе в коллектор
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Моделирование магнитного поля
Магнитный
экран
Магнитный
экран
Соленоид
e-
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Моделирование магнитного поля
1 dBz

 10  4 см-1
Bz dZ
0,2010
Распределение магнитного поля
вдоль оси пушки
Fig.1
0,2008
Fig.2
катод
0,2006
B, T
Оптимум
0,2004
C1
G1
0,2002
C2
0,2000
G2
0
0,1
0,2
0,3
0,4
l, m
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Моделирование магнитного поля
500
Steel screen
60
320
Ф2100
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Высоковольтный генератор
Параметры высоковольтного генератора
Параметры
Значение
№
1
Рабочее напряжение генератора, МВ
2
Максимальный рабочий ток генератора
в режиме настройки, мА
1.0
3
Максимальный ток генератора
рабочем режиме коллайдера, мА
0,2
4
Флуктуации тока нагрузки
5
Максимальная величина
напряжения
(половина
размаха) в рабочем режиме
1÷2.5
в
1%
пульсаций
полного ΔЕ/E ≤ ± 1*10-4
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Высоковольтный генератор
Принципиальная электрическая схема
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Высоковольтный генератор
Компоновка основных элементов источника питания 2,5 МВ (а)
и каскада конденсаторов (б)
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Заключение
1. Разработана концепция высоковольтного
генератора. Начато его конструирование;
2. Проведено моделирование электрического и
магнитных полей в СЭО;
3. Ведется проектирование:
- электронной пушки и коллектора;
- прямолинейного сверхпроводящего соленоида
секции охлаждения и соленоидов обеспечивающих
транспортировку электронного пучка;
- системы передачи мощности на высокий
потенциал.
Яковенко Сергей, IX Международный семинар посвященный памяти В.П. Саранцева, 17 - 21 сентября 2011, Алушта
Спасибо за внимание
Ниже приведены результаты расчета выходного напряжения КГПТ и
его пульсаций для следующих условий:
 симметричная схема умножения напряжения;
 амплитуда питающего напряжения Um=110 кВ;
 частота питающего напряжения f=2 кГц;
 емкость каждого каскада умножения С=4,7 нФ;
 номинальный ток Iн=200 мкА;
 максимальный ток Iм=1 мА;
 флуктуации тока нагрузки ΔI?1 %;
 Число каскадов умножения n=12.
Напряжение холостого хода:
U хх  2n  U m  2640кВ
Пульсации напряжения в режиме работы:
U н 
Iн
n  640 В ( 2,5 10 4 )
4 fc
Пульсации напряжения в режиме настройки:
U м 
Iм
n  3200В ( 1,3 103 )
12 fc
Падение напряжения на внутреннем сопротивлении Zвн в рабочем
режиме:
U н 
Iн
(2n 3  3n 2  4n)  6,98 кВ
4 fc