Engineering of the low-energy beam transport line in the He⁺ ions linac

The design of a low-energy beam transport line in the helium ions linear accelerator is proposed. For experiments with the low-energy helium ions the vacuum chamber in a transport line is in addition included for an irradiation of investigated materials. The mathematical modeling method investigates coordination variants of an injector beam output emittance with an accelerating structure acceptance with use of electromagnetic quadrupole lenses, electrostatic lenses and the focusing solenoid. It is shown that the optimal variant, ad hoc, is the focusing solenoid application. The calculated value of a current of the helium accelerated ions makes 4.5 mА.Запропоновано схему лінії транспортування низькоенергетичного пучка в лінійному прискорювачі іонів гелію. Для експериментів із низькоенергетичними іонами гелію в лінію транспортування додатково включена вакуумна камера для опромінення досліджуваних матеріалів. Методом математичного моделювання досліджено варіанти узгодження вихідного емітанса пучка інжектора з аксептансом прискорювальної структури з використанням електромагнітних квадрупольних лінз, електростатичних лінз і фокусуючого соленоїда. Показано, що найбільш оптимальним для даного випадку є варіант із застосуванням фокусуючого соленоїда. Розрахункове значення струму прискорених іонів гелію становить 4,5 мА.Предложена схема линии транспортировки низкоэнергетического пучка в линейном ускорителе ионов гелия. Для экспериментов с низкоэнергетическими ионами гелия в линию транспортировки дополнительно включена вакуумная камера для облучения исследуемых материалов. Методом математического моделирования исследованы варианты согласования выходного эмиттанса пучка инжектора с аксептансом ускоряющей структуры с использованием электромагнитных квадрупольных линз, электростатических линз и фокусирующего соленоида. Показано, что наиболее оптимальным для данного случая является вариант с применением фокусирующего соленоида. Расчетное значение тока ускоренных ионов гелия составляет 4,5 мА

Tribological characteristics of 'steel-ceramics-irradiated-by-helium-ions' pair

Facility for the tribological characteristics studying of a metal – ceramics pair and parameters of ceramic samples irradiation on the helium ions linear accelerator with energies 0.12 and 4 MeV are resulted. Profiles of damageability and occurrence of target atoms along of helium ions range are calculated for the irradiated TiO₂ and Al₂O₃. Sputtering ratios and dependence of the sputtered atoms quantity on samples thickness are received. Calculations on density change of the irradiated samples are made. Experimental results of a sliding friction factor measurement depending on cycle’s quantity, temperature and irradiation doses are presented. On the basis of microscopic researches and calculation data conclusions are drawn about irradiation influence on interacting pair’s tribological characteristics.Наведено установку для вивчення трибологічних характеристик пари метал – кераміка та параметри опромінення керамічних зразків на лінійному прискорювачі іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ. Для опромінених TiO₂ й Al₂O₃ розраховано профілі пошкоджуваності та залягання атомів мішені вздовж пробігу іонів гелію. Отримано коефіцієнти розпилення й залежності кількості розпилених атомів по товщині зразків. Зроблено розрахунки щодо змінення щільності опромінених зразків. Подано експериментальні результати вимірювання коефіцієнта тертя ковзання залежно від кількості циклів, температури й дози опромінення. На основі мікроскопічних досліджень і розрахункових даних зроблено висновки щодо впливу опромінення на трибологічні характеристики пар, що взаємодіють.Приведены установка для изучения трибологических характеристик пары металл – керамика и параметры облучения керамических образцов на линейном ускорителе ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ. Для облученных TiO₂ и Al₂O₃ рассчитаны профили повреждаемости и залегания атомов мишени вдоль пробега ионов гелия. Получены коэффициенты распыления и зависимости количества распыленных атомов по толщине образцов. Произведены расчеты по изменению плотности облученных образцов. Представлены экспериментальные результаты измерения коэффициента трения скольжения в зависимости от количества циклов, температуры и дозы облучения. На основе микроскопических исследований и расчетных данных сделаны выводы о влиянии облучения на трибологические характеристики взаимодействующих пар

Facility and researches results of the frictional characteristics of metal – irradiated - ceramics pair

The technique and facility for studying of frictional characteristics of metal – ceramics pair are presented. Parameters of samples irradiation on the helium ions linear accelerator with 0.12 and 4 MeV energies are resulted. Samples from TiO₂ and Al₂O₃ at 0.12 MeV beam energy are irradiated. Damageability and occurrence profiles of target atoms along of helium ions range as sputtering ratios are calculated for the irradiated materials. Dependences of the sputtered atoms quantity on samples depth are resulted. Using this data, calculations on change of samples “superficial” density along of ions range are made. Experimental results of a sliding friction factor measurement depending on cycle’s quantity, temperature and irradiation dose are presented. On the basis of microscopic researches conclusions on influence of an irradiation on frictional characteristics of a metal – ceramics pair are drawn.Представлено методику та установку для вивчення фрикційних характеристик пари метал – кераміка. Наведено параметри опромінення зразків на лінійному прискорювачі іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ та опромінені зразки з TiO₂ і Al₂O₃ при енергії пучка 0,12 МеВ. Для опромінених матеріалів розраховано профілі пошкоджуваності й залягання атомів мішені вздовж пробігу іонів гелію, a також коефіцієнти розпилення. Наведено залежності кількості розпилених атомів від глибини зразків. Використовуючи ці дані, зроблено розрахунки щодо змінення «поверхневої» щільності зразків уздовж пробігу іонів. Представлено експериментальні результати вимірювання коефіцієнта тертя ковзання залежно від кількості циклів, температури й дози опромінення. На основі мікроскопічних досліджень зроблено висновки щодо впливу опромінення на фрикційні характеристики пари метал – кераміка.Представлены методика и установка для изучения фрикционных характеристик пары металл – керамика. Приведены параметры облучения образцов на линейном ускорителе ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ и облучены образцы из TiO₂ и Al₂O₃ при энергии пучка 0,12 МэВ. Для облученных материалов рассчитаны профили повреждаемости и залегания атомов мишени вдоль пробега ионов гелия, a также коэффициенты распыления. Приведены зависимости количества распыленных атомов от глубины образцов. Используя эти данные, произведены расчеты по изменению «поверхностной» плотности образцов вдоль пробега ионов. Представлены экспериментальные результаты измерения коэффициента трения скольжения в зависимости от количества циклов, температуры и дозы облучения. На основе микроскопических исследований сделаны выводы о влиянии облучения на фрикционные характеристики пары металл – керамика

Changes of the radiation characteristics of surface of tungsten as a result of influence of helium ion beams

The change in the radiation characteristics of the surface of tungsten was studied. Helium ions beams with energies of 0.12 and 4 MeV were used. Curves of ionization and damage are got on length of free run of ions of helium. The change the radiation characteristics of the surface of tungsten was studied. In the case of treatment with a beam of helium ions with energies of 0.12 MeV an increase in the hardness of the tungsten surface was found. Bubbles development has been studied. The appearance of tungsten tendrils around the bubbles, the formation of hills and valleys was considered.Досліджувалася зміна радіаційних характеристик поверхні вольфраму. Застосовувалися пучки іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 MеВ. Отримані криві іонізації і пошкоджень по довжині вільного пробігу іонів гелію. Знайдено збільшення твердості поверхні вольфрамової мішені в разі обробки пучком іонів гелію з енергією 0,12 MеВ. Вивчався розвиток бульбашок. Розглядалися поява вольфрамових вусиків, утворення горбів і долин.Исследовалось изменение радиационных характеристик поверхности вольфрама. Применялись пучки ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 MэВ. Получены кривые ионизации и повреждений по длине свободного пробега ионов гелия. Найдено увеличение твердости поверхности вольфрамовой мишени в случае обработки пучком ионов гелия с энергией 0,12 MэВ. Изучалось развитие пузырьков. Рассматривались появление вольфрамовых усиков, образование холмов и долин

Constructional materials experimental researches on the helium ions linear accelerator

The basic parameters of an irradiation and their registration system for constructional materials irradiated on the helium ions linear accelerator are resulted. Experimental techniques and some researches results of the microscopic, electrophysical, frictional and ultrasonic characteristics of atomic power stations (APS) and fusion reactors (FR) constructional materials irradiated on a linear accelerator of the helium ions with energies 0.12 and 4 MeV are presented.Наведені основні параметри опромінення конструкційних матеріалів, що опромінюються на лінійному прискорювачі іонів гелію, та система реєстрації цих параметрів. Подано експериментальні методики й деякі результати досліджень мікроскопічних, електрофізичних, фрикційних і ультразвукових характеристик конструкційних матеріалів атомних електричних станцій і термоядерних реакторів, що опромінюються на лінійному прискорювачі іонів гелію з енергіями 0,12 і 4 МеВ.Приведены основные параметры облучения конструкционных материалов, облучаемых на линейном ускорителе ионов гелия, и система регистрации этих параметров. Представлены экспериментальные методики и некоторые результаты исследований микроскопических, электрофизических, фрикционных и ультразвуковых характеристик конструкционных материалов атомных электрических станций и термоядерных реакторов, которые облучаются на линейном ускорителе ионов гелия с энергиями 0,12 и 4 МэВ

Radiation complex on the basis of helium ions linac

The numerical simulation results and experimental investigation of helium ions linear accelerator with output energy 4 MeV and focusing by an RF field are presented. The variant of alternating-phase focusing with a step change in the synchronous phase and increasing amplitude of the RF field in accelerating gaps in the grouping section of the accelerating-focusing tract of the accelerator is used to ensure the radial-phase stability of the accelerated beam. The methods for increasing the accelerated ion beam current, as well as the beam current density on the target, are considered.Представлено результати чисельного та експериментального дослідження лінійного прискорювача іонів гелію з вихідною енергією 4 МеВ і фокусуванням ВЧ-полем. Для забезпечення радіально-фазової стійкості прискореного пучка використано варіант змінно-фазового фокусування з покроковою зміною синхронної фази і наростаючою амплітудою ВЧ-поля в прискорюючих зазорах на групуючій ділянці прискорюючофокусуючого тракту прискорювача. Розглянуто способи збільшення струму прискореного пучка іонів, а також щільності струму пучка на мішені.Приведены результаты численного моделирования и экспериментального исследования линейного ускорителя ионов гелия с выходной энергией 4 МэВ c фокусировкой ВЧ-полем. Для обеспечения радиальнофазовой устойчивости ускоряемого пучка использован вариант переменно-фазовой фокусировки с шаговым изменением синхронной фазы и нарастающей амплитудой ВЧ-поля в ускоряющих зазорах на группирующем участке ускоряюще-фокусирующего тракта ускорителя. Рассмотрены способы увеличения тока ускоряемого пучка ионов, а также плотности тока пучка на мишени

High-voltage modulator of the Linac injector with voltage pulse stabilization

The high-voltage pulse modulator based on the modern semiconductor elements is described. The modulator is intended for use in the power supply system of LINAC helium ions injector and has the ability to smoothly adjust the amplitude (110…150 kV) and the pulse duration (0.5…1 ms). The use of a pulse-to-peak stabilization scheme, made on the basis of a parametric stabilizer with parallel switching of the load, made it possible to increase the accelerated current at the accelerator output by 2 times.Описано високовольтний імпульсний модулятор, виконаний на сучасній напівпровідниковій елементній базі. Модулятор призначений для використання в системі живлення інжектора лінійного прискорювача іонів гелію. Модулятор дозволяє плавно регулювати амплітуду (110…150 кВ) і тривалість імпульсу (0,5…1 мс) напруги. Використання схеми стабілізації імпульсу напруги, виконаної на основі параметричного стабілізатора з паралельним перемиканням навантаження, дозволило збільшити прискорений струм пучка на виході прискорювача в 2 рази.Описан высоковольтный импульсный модулятор, выполненный на современной полупроводниковой элементной базе. Модулятор предназначен для использования в системе питания инжектора линейного ускорителя ионов гелия. Модулятор позволяет плавно регулировать амплитуду (110…150 кВ) и длительность импульса (0,5…1 мс) напряжения. Использование схемы стабилизации импульса напряжения, выполненной на основе параметрического стабилизатора с параллельным переключением нагрузки, позволило увеличить ускоренный ток пучка на выходе ускорителя в 2 раза

Тhe bunch formation and transport system to the target of the helium ions linac

Ways of the bunch current and density increase at the target on the helium ions linear accelerator NSC “KhIPT” with output energy 4 MeV are considered. Possibility of its transportation with the minimum losses to target complex intended for carrying out of radiating researches is studied. Results of the researches spent on electromagnetic quadrupole lenses of a triplet are presented. Experiments with injected (120 кэВ) and accelerated (4 MeV) bunch of helium ions by means of bunch formation and transport system to a target are made.Розглянуто способи збільшення на мішені струму та щільності пучка, прискореного до 4 МеВ на лінійному прискорювачі іонів гелію ННЦ ХФТІ. Вивчена можливість його транспортування з мінімальними втратами до мішенного комплексу, призначеному для проведення радіаційних досліджень. Подані результати досліджень, що проведені на електромагнітних квадрупольних лінзах триплету. Проведено експерименти з інжектуючим (120 кеВ) і прискореним (4 МеВ) пучками іонів гелію за допомогою системи формування та транспортування пучка до мішені.Рассмотрены способы увеличения на мишени тока и плотности пучка, ускоренного до 4 МэВ на линейном ускорителе ионов гелия ННЦ ХФТИ. Изучена возможность его транспортировки с минимальными потерями к мишенному комплексу, предназначенному для проведения радиационных исследований. Представлены результаты исследований, проведенных на электромагнитных квадрупольных линзах триплета. Проведены эксперименты с инжектируемым (120 кэВ) и ускоренным (4 МэВ) пучками ионов гелия с помощью системы формирования и транспортировки пучка к мишени