Source of Polarized Deuterons (JINR Accelerator Complex)

Status of the Source of Polarized
Ions
(JINR Accelerator Complex)
Nov.2008
V.V. Fimushkin
Joint Institute for Nuclear Research, Dubna,
Moscow region
A.S. Belov
Institute for Nuclear Research of Russian
Academy of Sciences, Moscow
• The SPI-project assumes the development of the
universal high-intensity Source of Polarized Ions
(deuterons&protons) using charge-exchange ionizer.
• The design output current of the SPI will be
• up to 10 mA for  D+ ( H+)
• The polarization will be up to 90% of the maximal
vector (±1) & tensor (+1,-2) polarization
• The project is based on the equipment which was
supplied within the framework of the Agreement
between JINR & IUCF(Bloomington, USA)
• The project will be realized in close cooperation with
INR of RAS (Moscow, Russia))
• The main purpose of the SPI-project is
to increase the intensity of the
accelerated polarized beam at the JINR
Accelerator Complex up to
1010 d/pulse
• The SPI-project
stages:
includes
the
following
• - development of the universal high-intensive Source
of Polarized Deuterons (protons) using the chargeexchange plasma ionizer with the output current up
to 10 mA D+ (Н+) and polarization ~ 90 % from
nominal vector polarization + (-) 1 and tensor
polarization + 1,-2
• - modification of the linac preaccelerator hall
(upgrading of the HV (400 kV) platform & power
station
• - improvement of the preaccelerator tube vacuum
with TMP
- adaptation of the existing remote control
system (console of LU-20 linac) of the
polarized ion source under the high voltage
- complete tests of the source
- assembly of the designed source and
equipment at the linac preaccelerator
- LU-20 runs with polarized beams &
polarization measurements at the output of
the linac (LU-20)
• The most labour-consuming and expensive work is
development of the Source of Polarized Deuterons
based on the equipment of Cooler Injector Polarized IOn
Source (CIPIOS) developed at Indiana University
Cyclotron Facility (IUCF, USA) in INR of RAS (Moscow)
cooperation in 1999
• At the NUCLOTRON one-turnaround injection
is used.
• Transition to the re-charge injection of
negative ions is not provided
• Therefore it is expedient to use the source of
positive polarized deuterium ions
The higher intensity of the beam is reached
for positive polarized ion sources with
charge-exchange plasma ionizer in
comparison with the source of negative
polarized H- (D-) ions
SPI-project assumes to convert the chargeexchange ionizer of CIPIOS into the ionizer
using storage of polarized deuterium atoms and
production of positive polarized deuterons by
resonance recharging in the hydrogen plasma
The elements of the source CIPIOS transferred
from IUCF (USA) lack some equipment
• That is why we will need development and
fabrication of the missing modules and parts for
the future source.
• These are mainly elements of the Atomic Beam
Source (ABS).
• In addition, acquisition of the missing
equipment and instruments to the source as a
whole is necessary.
• - vacuum chamber of the ABS and sextupole
magnets
• - dissociator
• - channel of the atomic deuterium (hydrogen) beam
cooling
• - pulse valve of molecular deuterium (hydrogen)
injection into the dissociator bulb with the power
supply of the pulse gas valve
• - high-frequency pulse generator with pulse power
up to 5 kW operating in the 50 MHz self-excitation
circuit
• - modulator of the high-frequency generator with
the maximum voltage up to 4.5 kV and a pulse
current up to 2 A
should be development
Scetch of the deuterium (hydrogen) Atomic Beam Source
tests bench
•
1.vacuum chamber, 2. dissociator, 3.pulse gas valve, 4. cryocoooler, 5.permanent sextupole
magnet assembly, 6. adjusting device of sextupole magnets, 7. RF-cells, 8.sextupole
electromagnet, 9.mass spectrometr vacuum chamber, 10.time-of-flight mass spectrometer,
11.adjustable suppoprt
The designing and manufacture of ABS parts,
optimization of the intensity of the atomic
beams, and functional test of the cells of the
nuclear polarization of deuterium (hydrogen)
atoms will be performed under the agreement
with INR of RAS (Moscow)
The purpose is to get atomic D beam with the
pulse density of 2.5 ·1010 at/cm3 at the
distance of 150 cm from the cooling
channel outlet and the most probable
velocity of 1.5 ·105 cm/s.
The work to be carried out at JINR includes
• - assembly and tests of the charge-exchange plasma
ionizer, including the storage cell in the region of ionization
and transportation of hydrogen plasma with the flow of
unpolarized protons up to 100 mA through the storage cell
• - optimization of the ion-optical system up to 25 keV and
transport of the high-current deuteron beam
• - long-term tests with the storage cell in the ionizer
It is necessary to develop electronic control system
components for primary analysis and data acquisition and
for fiber optic connection with the computer
Status of the SPI-project
Dynamics of atomic deuterium beam downstream the
sextupole magnets
& Atomic Deuterium Breit-Rabi diagram
Dynamics of atomic hydrogen beam downstream the
sextupole magnets
& Atomic Hydrogen Breit-Rabi diagram
Vacuum chamber of the Atomic Beam Source
Dissociator chamber of the Atomic Beam Source
Vacuum pumping system of the Source of Polarized
Deuterons
• VARIAN
• Pump, Turbo-V 3K-T, 2300 l/s H2 , 2400 l/s He - 2 item
• Pump, Turbo-V 2K-G, 1600 l/s N2
- 2 item
•
• CTI-CRYOGENICS
• Model 350 CP Single Stage Refrigerator
Adjustable support
Atomic Beam Source general view
Atomic Beam Source setup general view
High-voltage terminal at the linac (Lu-20)
(improvement)
Time-of-flight mass-spectrometer with cross-beam
ionizer
•
Кекелидзе В.Д.
Справка
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
о состоянии дел по Источнику поляризованных дейтронов (ИПД) на ноябрь 2008 г.
I. Работы по разработке ИПД в ЛФВЭ осуществляются в соответствии с ежеквартальными план-графиками, в
частности, к настоящему времени:
Разработаны чертежи общего вида на высоковольтную платформу в помещении ЛУ-20 под ИПД
Разработаны юстировочные устройства для постоянных шестиполюсных магнитов и шестиполюсного
электромагнита для ИПД
Подготовлена программа по расчету траекторий нейтральных атомов в поле шестиполюсных магнитов для
источника поляризованных дейтронов, проведена серия предварительных расчетов по оптимизации
газодинамического тракта в Источнике поляризованных атомов (ИПА) для водорода, дейтерия, гелия-3.
Подготовлено и согласовано техзадание на переоборудование помещения электрощитовой в корпусе 203А, и по
перечню работ для оборудования Лабораторного помещения под ИПД.
II. В конце ноября 2008 г. должен состояться акт сдачи-приемки выполненных работ по договору №100/1025 от 25
декабря 2007 г. «Разработка технической документации на Источник поляризованных атомов водорода и
дейтерия» в рамках проекта по теме 02-1-1065-2007/2009 с ИЯИ РАН. Контрактная цена по договору составляет
340500 (триста сорок тысяч пятьсот) рублей.
По Договору ОИЯИ-ИЯИ в июне 2008 г. ИЯИ РАН перечислено 220500 (двести двадцать тысяч пятьсот) рублей за
выполненные на тот момент работы:
Сборочный чертеж диссоциатора, включая: разрядную колбу, высокочастотный разрядный контур, канал
охлаждения дейтерия, линию охлаждения между каналом и криогенератором, расположение клапанов напуска в
колбу водорода, дейтерия, и кислорода (Н2, D2, O2), фланец диссоциатора с токовводами, расположение
высокочастотного генератора.
Схема газовых линий для подачи Н2, D2, O2 от баллонов со сжатым газом до клапанов, включая вакуумную
откачку линий.
Принципиальная электрическая схема высокочастотного генератора.
Сборочный чертеж высокочастотного генератора.
Сборочный чертеж вакуумной камеры диссоциатора и шестиполюсных магнитов.
Сборочный чертеж платформы для вакуумной камеры диссоциатора и шестиполюсных магнитов с устройством
юстировки платформы в трех направлениях.
Сборочный чертеж устройства установки и юстировки масс-спектрометра.
Схема форвакуумной откачки высоковакуумных насосов.
Принципиальная электрическая схема модулятора высокочастотного генератора.
Принципиальная электрическая схема блока питания импульсного клапана для подачи газа в диссоциатор.
III. С фирмой Vakuum PRAHA spol.s.r.o. подготовлен контракт №08626319/081948-72 Spec.
LHE 98-0695 на покупку турбомолекулярных насосов для ИПД
Наименование
Количество
Цена за
един.,€
Общая стоимость, €
1
Турбомолекулярный насос V3K,
2050 л/с
2
25 545
51 090
2
Турбомолекулярный насос
V-2K, 1600 л/с
2
21 315
42 630
Итого, включая транспортировку
на условиях CIP Москва
94 705€
IV. Для ИПД, приобретено вакуумметрическое оборудование. Финансирование поставки
осуществлялось в счет гранта Чехии, приказ N358 от 01.06.2007 поставщик GERTNER
Service GmbH, office Moscow
description
number
qty.
pckg
price €
total €
item
.
vacuum gauge system consisting of :
1
basic unit MULTI GAUGE
incl.power cable
L8350301
1
pc.
1.117,00
2
inverted magnetron board
L9066301
1
pc.
886,00
886,00
3
IMG-100 inverted magnetron high
vacuum gauge NW25KF
R0310301
1
pc.
473,00
473,00
4
IMG-100 cable 7,5 mtr.
R0311302
5
1
pc.
112,00
112,00
5
convectorr gauge tube, NW16KF
L9090305
1
pc.
170,00
170,00
6
convectorr cable 5 mtr.
L9122301
5
1
pc.
74,00
74,00
7
measuring board 2 x 0…10V
NOTE : must be installed when using
ConvecTorr with MULTI GAUGE
L9887301
1
pc.
361,00
361,00
TOTAL €
1.117,00
3.193,00
V. Помимо вакуумного оборудования в качестве первоочередного необходимо приобретение
криокулера CTI-CRYOGENICS Model 350 CP Single Stage Refrigerator для ИПА
(стоимость 579 000 руб.)
Основные трудности в ходе реализации работ по проекту - несвоевременное и неритмичное
финансирование, недостаточное внимание Дирекции ЛФВЭ к текущим проблемам по созданию ИПД, в
частности, на подготовку и оборудование помещения электрощитовой в корпусе 203А под ИПД.
Фимушкин В.В.