. & NICA team Концептуальный проект ускорительного комплекса в проекте

Концептуальный проект
ускорительного комплекса в проекте
NICA/MPD
Г.В. Трубников & NICA team
 Международная научная программа ОИЯИ по
физике высоких энергий
 Цель и место проекта NICA / MPD
 Развитие ускорительного комплекса:
I-й этап проекта NICA/MPD : Нуклотрон-М
Задачи первого этапа и планы экспериментов
Заключение
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
1
Научная программа на ускорительном
комплексе физики высоких энергий ОИЯИ
предложена в рамках «Дорожной Карты»
научных исследований ОИЯИ
Основные области:
 Релятивистская физика тяжелых ионов:
поиск и изучение фазовых переходов
и новых состояний ядерной материи,
включая смешанную фазу и критическую точку;
 Спиновая физика малонуклонных систем:
изучение спин-зависимых процессов;
 Физика ароматов:
проверка правила OZI,
поиск многокварковых состояний (пентакварки)
поиск и изучение экзотических ядер (гиперядра);
 Инновационные проекты: медицинские пучки, биология.
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
2
Статус базовой установки
Нуклотрон
Устойчивая работа 1300  2000 час/год последние годы.
Традиционно более чем 75% полного пучкового времени физикам, на методические (ускорительные) эксперименты около 25% времени сеанса.
Сорта ионов:
p, d, He, Li, B, C, N6+, N7+ , Mg , Ar16+, Fe24+;
d - реализовано
Диапазон энергий: 0.35  2.2 ГэВ/н – для ядер,
4.3 ГэВ/н – для дейтронов,
5.7 ГэВ – для протонов.
Эксперименты проводятся участниками 14 коллабораций.
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
3
Интерес стран к работам на Нуклотроне
Внутренние
пучки
ETA-NUCLEI,
DELTA-2, LNS
Выведенные
пучки
ALPOM,
BECQUEREL,
DELTA-SIGMA,
ENERGY &
TRANSMUTATI
ON, FAZA-3,
GAMMA-2,
GIBS,
MARUSYA, NIS,
KRISTAL, TPD,
STRELA, MedNuclotron,
Radiobiological
investigations
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
4
Релятивистская
физика тяжелых
ионов
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
5
Увеличение энергии
Уменьшение энергии
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
6
M. Gazdzicki
Heavy ion physics perspectives, Bad Liebenzell, 12-14 September 2007
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
7
Новая базовая установка ОИЯИ
 Коллайдер тяжелых ионов NICA
(Nuclotron-based Ion Collider fAcility)
Тех. проект в стадии подготовки
 Проект предусматривает создание:
- модернизированного Нуклотрона (Нуклотрон-М)
- нового инжекционного комплекса (КРИОН +
Линак)
- Бустера для Нуклотрона
- встречных колец с двумя точками пересечений
- детектора MPD (MultiPurpose Detector)
 Концептуальный проект NICA (CDR) - завершен
 Письмо о намерениях MPD – завершен
14Эскизный
проект –совещание
2008ИФВЭ-ОИЯИ
год
февраля 2008
8
Коллайдер NICA (рабочая схема):
Инжектор: 2×109 ионов/импульс 238U32+ при энергии 6
МэВ/н
Бустер (25 Tm)
2 однооборотные инжекции,
накопление 3.2109 ионов
эл.охлаждение на 100 МэВ/н,
банчировка и ускорение
до энергии 400 МэВ/н
Коллайдер (36 Tm)
накопление
15 сгустков  1109 ионов
в кольце на 3.5 ГэВ/н,
стохастическое охлаждение
Обдирка с эффективностью 40% 238U32+  238U92+
IP-1
Два кольца
коллайдера
IP-2
Нуклотрон (36 Tm)
Инжекция одного сгустка
1.1109 ионов,
ускорение до
3.5 ГэВ/н.
2x15 циклов
инжекции
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
9
NICA / MPD Схема комплекса
здание 1б
здание 1
Ионный источник + линейный инжектор
Бустер
MPD
Нуклотрон
Сверхпроводящий коллайдер
Периметр 225 м
Поле в магнитах 5 Т
Магниты «два в одном»
Существующие каналы вывода
2-е место встречи
здание 205
Средняя светимость
1027см2с-1 (!!!) U x U
14 февраля 2008
Существующая
инфраструктура !!!
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
10
Параметры NICA для U-U
Периметр
м
Точки взаимодействия
225
2
Бета-функции в ТВ
м
Продольный разброс (rms)
Длина сгустка (rms)
0.5
0.001
м
0.3
Число ионов в сгустке
109
Число сгустков
15
Некогерентный сдвиг частоты
Ненормализованный rms 
при 1 ГэВ/н
при 3.5 ГэВ/н
Светимость в одной ТВ
при 1 ГэВ/н
при 3.5 ГэВ/н
0.05
 мм мрад
3.8
0.26
см-2с-1
6.61025
1.11027
||,rms = 3 эВсек = 0.013 эВсек/н
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
11
Временная схема накопления
Eion/A
КРИОН
RFQ
RFQ DTL
Бустер
Нуклотрон
Коллайдер
3.5 GeV/u
эл.
охл-е
2 цикла
инжекции
400 MeV/u
30 циклов инжекции
1109 ионов 238U92+
за цикл
100 MeV/u
6 MeV/u
238U92+
470 keV/u
25 keV/u
2с
0.4с
2с 3с
4.5с
135с
t
238U32+
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
12
Injection chain
ESIS
EBIS
17 keV/u
3.4 x 109 ions
Au32+
RFQ
RFQ
90%
300 keV/u
3.0 x 109 ions
Au32+
Linac
2.7 x 109 ions
BOOSTER
RFQ DTL
85%
Au77+
AGS
90%
9 GeV/u
U92+
1.2 x 109 ions
STRIPPER FOIL, 100%
9 GeV/u
1.2 x 109 ions
Au77+
Au79+
95%
6 MeV/u
1.6 x 109 ions
2 injections
U32+
BOOSTER
90%
400 MeV/u
2.9 x 109 ions
STRIPPER FOIL, 40%
400 MeV/u
1.2 x 109 ions
70 MeV/u
U32+
1.4 x 109 ions
STRIPPER FOIL, 60%
70 MeV/u
U92+
9
1.2 x 10 ions
Au32+
85%
470 keV/u
1.7 x 109 ions
U32+
90%
2 MeV/u
Au32+
25 keV/u
2 x 109 ions
U32+
NUCLOTRON
90%
1  3.5 GeV/u
1.1 x 109 ions
NICA
RHIC
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
13
Ионный источник «электронная струна»
EBIS: 300 kW DC electron beam power
ESIS: 200 W
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
14
Общий вид ионного источника КРИОН (соленоид 3Т)
Эксп. результат
3 T соленоид: 5108 Au30+
Ожидаем
6 T соленоид: 2109 U32+
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
Е. Донец
15
Инжектор: источник + форинжектор + линак
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
16
B = 25 Tm, C = 210 m
1) 2 однооборотных инжекции
2) Накопление 3×109 238U32+
3) Эл. охлаждение на 100 MэВ/н
4) Ускорение до 400 МэВ/н
5) Вывод и обдирка
БУСТЕР
Бустер
НУКЛОТРОН
Фундамент Синхрофазотрона
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
17
Параметры Бустера
Количество супер-периодов
4
Число ячеек FODO в супер-периоде
6
Длина ячейки, м
9.0
Длина большого прям. промежутка в ячейке, м
Длина малого прям. промежутка, м
4.1×2
0.65
Бетатронные частоты
5.8/5.85
Набег фазы на ячейке
1.51
Бета-функция, м
17.0
Максимальная дисперсия, м
2.9
Коэф-т уплотнения орбит
Сетка резонансов и рабочая точка
0.038
Хроматичность
-7.0
Горизонтальный аксептанс, ∙mm∙mrad
400
Вертикальный аксептанс,  ∙mm∙mrad
70
Рабочий цикл бустера
β-функции и дисперсия для одного супер-периода
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
18
Кольца коллайдера
1- диполи, 2- квадруполи, 3- разделительные диполи, 4 – сброс пучка
Два кольца расположены друг над другом, что предполагает 2 возможных схемы:
поворотные и квадрупольные магниты будут двух-апертурными в одном ярме, или схема
с двумя раздельными кольцами. Пока рассматривается 1-й вариант..
Магнитная жесткость колец равна максимальной магнитной жесткости Нуклотрона
(45 Тм). Максимально поворотное поле в сверхпроводящих диполях выбрано равным 5,5 Т.
Для обеспечения круглого пучка в ТВ, коллайдер должен работать на равных
бетатронных частотах (горизонтальной и вертикальной).
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
19
Сорта ионов
от d до U
Магнитная жесткость
Тм
Максимальная энергия ионов
U
Au
Pb
Макс. энергия (дейтроны)
Периметр
45
ГэВ/н
4.37
4.56
4.5
ГэВ
12.6
м
225
Количество ТВ
2
Ненормализованный эмиттанс (rms)
 мм мрад
Продольный разброс (rms)
0.3
0.001
Длина сгустка (rms)
м
0.3
Ионов в сгустке
(1 -2 )109
Число сгустков
10 - 15
Номер ВЧ гармоники
90
Амплитуда ВЧ напряжения
кВ
100
Бета-функция в ТВ
м
0.5
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
20
проектные параметры комплекса NICA
Бустер
Нуклотрон Коллайде
р
Периметр, м
215
251.52
225
Конечная кин. энергия, ГэВ/н
0,4
1 – 3,5
1 -3,5
Магнитная жесткость, Tесла-м 2.4 - 25
8.2 - 36
14 - 36
Магнитное поле, Tесла
0.17–1.8
0.37 – 1.64 1.56 – 4
Количество диполей
40
96
24
Количество квадруполей
48
64
32
dB/dt; T/сек
1
1
0
Номер ВЧ гармоники
4/1
1
90
ВЧ диапазон, МГц
0.6 – 1
0.857–1.17 105–117
ВЧ амплитуда, кВ
4
120
100
Давление ост. газа, Торр
10-11
10-8
10-10
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
21
Основные этапы
проекта NICA /MPD
 I этап
(2008-2010)
ускорительный комплекс Нуклотрон-М
и необходимая инфраструктура,
программа R&D
подготовка технического проекта (TDR)
 II этап разработка и создание элементов ускорителя
(2008-2012)
развитие инфраструктуры
 III этап
(2010-2012)
 IV этап
(2013-2014)
14 февраля 2008
продолжение работ+ монтаж
наладка, приемка
и запуск в эксплуатацию
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
22
I этап: Развитие Нуклотрона (НуклотронМ)
Цель – достичь к 2010 г. параметров, необходимых
для реализации проекта NICA: ускорение тяжелых ионов
с А~200, интенсивностью пучков ~ 108 ч/цикл, частотой
повторения 0.2-0.4 Гц, при энергии ~ 3.5 ГэВ/н
 разработка новой инжекционной системы
 модернизация RF системы, систем диагностики
и управления пучками
 усовершенствование вакуумной системы
 усовершенствование систем электро- и крио-питания
 развитие минимально необходимой инфраструктуры
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
24
Новый источник КРИОН-6Т
Модернизация системы питания
Модернизация криогеники
Каналы вывода
Модернизация ВЧ системы
Радиационная защита
Модернизация вакуумной системы
Системы управления и диагностика
Наладочные и тестовые работы. Регулярные сеансы.
Каждый сеанс – очередной этап
Проектирование и работы по новым: линаку, бустеру,
ВЧ-станциям, поляризованному источнику.
Ремонтно-строительные работы
ВСЕГО (2007-2010): материалы и оборудование: …… k$
14 февраля 2008
совещание
ИФВЭ-ОИЯИ
оплата
работ + договора: ……25k$
Статус работ по этапу I
проекта NICA (Нуклотрон-М)




Новый инжекционный комплекс:
новый ист очник (KRION) - разрабатывается
совершенст вование ВЧ сист емы – начаты работы
новый ЛИНАК – контракт с ИФВЭ на стадии подписания
Вакуумная система -оборудование частично поставлено
Система питания и управления основных магнитов
- первый блок на этапе отладки
Модернизация диагностики пучков - идут работы
R&D - приоритетная задача плановых сеансов на Нуклотроне
Этот этап должен быть завершен к 2010 г.
Сотрудничество с российскими центрами ИФВЭ, ИЯИ РАН, ИЯФ СО РАН
Проведение круглых столов с участием экспертов из мировых центр
(Болгария, Польша, Россия, Украина, ЦЕРН, Германия, США, Япония)
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
26
Структурные и административные реформы
Создано Ускорительное Отделение
ЛВЭ (июль 2007 г.)
Создан центр NICA:
(июнь 2007)
- группа
- группа
- группа
- группа
по ускорительному комплексу
по разработке детектора
по разработке компьютинга
по развитию инфраструктуры
Общая численность: около 45 чел.
из них по NICA + инфр. – 25 чел.
по MPD + физики - 20 чел.
Всесторонняя поддержка дирекции,
УС и КПП ОИЯИ в плане:
дополнительного финансирования,
укомплектования оборудованием,
административного ресурса,
рекламы проекта во вне,
создания коллабораций в РФ и СНГ
14 февраля 2008
- Состав отделения: 8 отделов, всего
около 350 чел. – ускорительные
подразделения ЛВЭ (~220) и ЛФЧ (~ 70),
инженерные службы площадки (~ 60);
- «Молодое руководство»:
- Начальник отделения – 31, два
заместителя у начальника отделения
33 и 40, молодые начальники 2
технологических отделов;
- Курс на обновление кадров (контакты
с МИФИ, УНЦ, Томск), возвращение
иностранных контрактников и
оптимизация состава – сокращение
тех.персонала по мере введения АС;
- ЛФЧ (те, кто работают на CLIC, ИРЕН,
ЛИНАК-800, ILC) – в помощь на НИКА.
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
27
Заключение
 Стратегический
план
развития
ускорительного комплекса ОИЯИ в области
ФВЭ + адекватная научная программа.
Приоритетная задача - проект NICA/MPD
 Реализация I этапа этого проекта (2008 –
2010)
имеет
принципиально
важное
значение
для
критической
оценки
предложенного
стратегического
плана
развития ускорительного комплекса ОИЯИ
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
28
 Программа
физических
исследований
на
Нуклотроне скоординирована с планом развития
ускорительного
комплекса
на
I-м
этапе
(Нуклотрон-М)
 Организация
российского
и
международного
сотрудничества, привлечение внешних ресурсов –
одно
из
необходимых
 Ведется
работа
с ассоциацией условий
Гельмгольц,успешного
GSI, и др.
осуществления
центрами
по проекта
объединению усилий для создания
ускорительных комплексов NICA и FAIR и
совместным проведением на них актуальных
физических исследований
 Плодотворное начало положено – сотрудничество с
ИФВЭ
(Протвино)
стартовало
с
реализации
14конкретной
февраля 2008
ИФВЭ-ОИЯИ
задачисовещание
– проектирование
инжектора 29
Thank you for your attention !
14 февраля 2008
совещание ИФВЭ-ОИЯИ
30