Monitoring of the electron beam position in industrial linacs

Recently the technological linear electron accelerators with the energy up to 10 and 25 MeV and the pulse current up to 1A have been developed and put into operation in the "Accelerator" R&D Production Establishment of the National Science Center, Kharkov Institute of Physics and Technology [1]. The zone of the technological object irradiation by the accelerated electrons is created by the magnetic scanning system. Wide-aperture (50x200 and 50x300 mm) magneto-induction position monitors have been designed to control the electron beam position. Signals from the monitor are used in the accelerator control system

Моделювання електричного поля прохідного полімерного ізолятору для визначення точок концентарції поля

Purpose. The use of modeling as a tool that allows you to identify design weaknesses in electrical equipment and, on their basis, perform its optimization in order to level weaknesses due to design imperfections. Designation of a real problem in the design of polymer bushings, which negatively affects their technical, economic and operational characteristics and makes them less competitive compared to other types of insulators. Methodology. Analysis of experiments to detect partial discharges, simulation of electric field strength, synthesis of analyzed works and simulation results. Findings. As a result of the performed scientific research, it was found that the process of partial discharges has a direct effect on the electrical strength of the polymer bushing insulator. This fact is taken as the basis for searching for methods of further influence on the design of the insulator in order to increase its service life. It was found in the work that the reason for the occurrence of partial discharges is the uneven distribution of the electric field strength. This was the reason for further study of the electric field strength of the pass-through insulator and its modeling. As a result of the simulation, points of concentration of the electric field strength in the bushing polymer insulator were found and designated as points of action to increase the electrical strength of the bushing polymer insulator. Originality.  The scientific novelty of the performed research work lies in the use of the simulation of the electric field of a polymer bushing as a tool for detecting weak points in its design, when exposed to which, a positive effect on its technical characteristics can be observed. Practical value.  The practical value of the research work done is that the results of the research serve as a solid foundation for further optimization of the design of polymer bushings, which will lead to a positive impact on their technical characteristics and make them competitive compared to other types of insulators.Цель работы. Использование моделирования как инструмента, позволяющего выявлять слабые места конструкции в электрическом оборудовании и на их основе выполнить ее оптимизацию, с целью нивелирования слабостей из-за несовершенства конструкции. Обозначение реально существующей проблемы в конструкциях проходных полимерных изоляторов, что негативно влияет на их технико-экономическую и эксплуатационную характеристику и делает их менее конкурентными по сравнению с другими типами изоляторов. Методы исследования. . Анализ экспериментов по выявлению частичных разрядов, моделирование напряженности электрического поля, синтез анализируемых работ и результатов моделирования. Полученные результаты. В результате выполненного научного исследования было обнаружено, что непосредственное влияние на электрическую прочность проходного полимерного изолятора оказывает процесс возникновения частичных разрядов. Данный факт принят за основу для поиска методов дальнейшего воздействия на конструкцию изолятора с целью увеличения срока его службы. В работе обнаружено, что причиной возникновения частичных разрядов является неравномерность распределения напряженности электрического поля. Это послужило причиной для дальнейшего исследования напряженности электрического поля прохидного изолятора и его моделирования. В результате моделирования были обнаружены точки концентрации напряженности электрического поля в проходном полимерном изоляторе и обозначены их как точки воздействия для повышения электрической прочности проходного полимерного изолятора. Научная новизна. Научная новизна выполненной научно-исследовательской работы заключается в использовании моделирования электрического поля полимерного проходного изолятора как инструмента для обнаружения слабых мест в его конструкции, при воздействии на которые можно будет наблюдать положительное влияние на его технические характеристики.. Практическая ценность. Практическая ценность проделанной научно-исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования служат прочным фундаментом для дальнейшей оптимизации конструкции проходных полимерных изоляторов, что приведет к положительному воздействию на их технические характеристики и сделает их конкурентными по сравнению с другими типами изоляторов.Мета роботи. Використання моделювання, як інструменту, що дозволить виявляти слабкі місця конструкції в електричному обладнанні та на їх основі виконати її оптимізацію, з метою нівелювання слабкостей через недосконалість конструкції. Позначення реально існуючої проблеми в конструкціях прохідних полімерних ізоляторів, що негативно впливають на їх техніко-економічних та експлуатаційних характеристика і робить їх менш конкурентними у порівнянні з іншими типами ізоляторів. Методи дослідження. Аналіз експериментів по виявленню часткових розрядів, моделювання напруженості електричного поля, синтез аналізованих робіт та результатів моделювання. Отримані результати. В результаті виконаного наукового дослідження було виявлено, що безпосередній вплив на електричну міцність прохідного полімерного ізолятору має процес виникнення часткових розрядів. Даний факт прийнято за основу для пошуку методів подальшого впливу на конструкцію ізолятора, з метою збільшення строку його служби. В роботі виявлено, що причиною виникнення часткових розрядів є нерівномірність розподілу напруженості електричного поля. Це послугувало причиною для подальшого дослідження напруженості електричного поля прохідного ізолятору та його моделювання. В результаті моделювання, було виявлено точки концентрації напруженості електричного поля в прохідному полімерному ізоляторі та позначено їх, як точки впливу для підвищення електричної міцності прохідного полімерного ізолятора. Наукова новизна. Наукова новизна виконаної науково-дослідної роботи полягає у використанні моделювання електричного поля полімерного прохідного ізолятору, як інструмента для виявлення слабких місць в його конструкції, при впливі на котрі можна буде спостерігати позитивний вплив на його технічні характеристики. Практична цінність. Практична цінність виконаної науково-дослідної роботи полягає в тому, що результати дослідження слугують міцним фундаментом для подальшої оптимізації конструкції прохідних полімерних ізоляторів, що призводитиме до позитивного впливу на їх технічні характеристики та зробить їх конкурентними у порівнянні з іншими типами ізоляторів

Critical Dynamics of Singlet Excitations in a Frustrated Spin System

We construct and analyze a two-dimensional frustrated quantum spin model with plaquette order, in which the low-energy dynamics is controlled by spin singlets. At a critical value of frustration the singlet spectrum becomes gapless, indicating a quantum transition to a phase with dimer order. This T=0 transition belongs to the 3D Ising universality class, while at finite temperature a 2D Ising critical line separates the plaquette and dimerized phases. The magnetic susceptibility has an activated form throughout the phase diagram, whereas the specific heat exhibits a rich structure and a power law dependence on temperature at the quantum critical point. We argue that the novel quantum critical behavior associated with singlet criticality discussed in this work can be relevant to a wide class of quantum spin systems, such as antiferromagnets on Kagome and pyrochlore lattices, where the low-energy excitations are known to be spin singlets, as well as to the CAVO lattice and several recently discovered strongly frustrated square-lattice antiferromagnets.Comment: 5 pages, 5 figures, additional discussion and figure added, to appear in Phys. Rev.

Dilute Bose gas in two dimensions: Density expansions and the Gross-Pitaevskii equation

A dilute two-dimensional (2D) Bose gas at zero temperature is studied by the method developed earlier by the authors. Low density expansions are derived for the chemical potential, ground state energy, kinetic and interaction energies. The expansion parameter is found to be a dimensionless in-medium scattering amplitude u obeying the equation 1/u+\ln u=-\ln(na^2\pi)-2\gamma, where na^2 and \gamma are the gas parameter and the Euler constant, respectively. It is shown that the ground state energy is mostly kinetic in the low density limit; this result does not depend on a specific form of the pairwise interaction potential, contrary to 3D case. A new form of 2D Gross-Pitaevskii equation is proposed within our scheme.Comment: 4 pages, REVTeX, no figure

Control of pulsed beam parameters at the exit channel of the high-intensity linac

Control of beam parameters is important for maintenance of linac operating conditions, as well as, for securing a high-speed protection of exit channel components against the beam damage. For this purpose the beam current, beam center position and ellipse cross-section (10 MeV, 10 kW, 1 А/pulse, 300 Hz, 3.5 μs) are measured at the output part of linac. Two similar current sensors, position sensor and water-cooled copper collimator in the gap between the current sensors were used. All the sensors of a magnetic induction type have windings on ferrite coils placed in vacuum. The system is described and the component calibration results are reported. The coefficient of beam losses during the transit through the collimator is calculated with the use of a special microprocessor placed in the ADC module which receives the signal from two current sensors. An algorithm of signal digitization eliminates the failures under the action of pulse interference. When the set threshold of beam losses is exceeded, the signal from the electron source blocking enters into the linac synchronization unit. Control of position sensor signals is carried out without beam chopping by the on-line comparison between the four position sensor signals and the current sensor signal being placed in the same case. The data on the beam parameters are displayed on the PC screen. The system is successfully used during several years.Контроль параметров пучка важен как для поддержания режима работы ЛУЭ, так и для организации быстрой защиты от поражения элементов выходного тракта пучком. Для этого на тракте вывода пучка (10 МэВ, 10 кВт, 1 А/имп., 300 Гц, 3,5 мкс) измеряются ток пучка, положение его центра и эллиптичность поперечного сечения. Использованы два идентичных датчика тока, датчик положения и водоохлаждаемый медный коллиматор в промежутке между датчиками тока. Все датчики магнитоиндукционного типа с обмотками на ферритовых кольцах, помещенных в вакуум. Описана конструкция и приведены результаты калибровки всех элементов. Коэффициент потерь пучка при пролёте коллиматора рассчитывается специальным микропроцессором, размещённым в модуле АЦП, на который поступают сигналы от двух датчиков тока. Алгоритм оцифровки сигналов устраняет сбои при воздействии импульсной помехи. При превышении установленного порога потерь пучка в блок синхронизации ЛУЭ поступает сигнал блокировки источника электронов. Контроль сигналов с датчика положения без прерывания пучка проводится путём оперативного сравнения суммы четырёх сигналов датчика положения с сигналом датчика тока, размещённых в одном корпусе. Данные о параметрах пучка выведены на дисплей ЭВМ. Система успешно используется в течение нескольких лет.Контроль параметрів пучка важливий як для підтримки режиму роботи ЛПЕ, так і для організації швидкого захисту від поразки елементів вихідного тракту пучком. Для цього на тракті виводу пучка (10 МеВ, 10 кВт, 1 А/імп., 300 Гц, 3,5 мкс) вимірюються струм пучка, положення його центра та еліптичність поперечного перерізу. Були використані два ідентичних датчика струму, датчик положення та водоохолоджуваний мідний коліматор проміж датчиками струму. Всі датчики магнітоіндукційного типу з обмотками на феритових кільцях, які знаходяться у вакуумі. Описана конструкція та приведені результати калібровки усіх елементів. Коефіцієнт витрат пучка при прольоті коліматора розраховується спеціальним мікропроцесором, який знаходиться у модулі АЦП, на який приходять сигнали від двох датчиків струму. Алгоритм оцифровки сигналів зменшує вплив імпульсної перешкоди. При перевищенні встановленого порогу втрат пучка в блок синхронізації ЛПЕ подається сигнал блокування джерела електронів. Контроль сигналів з датчика положення без переривання пучка здійснюється шляхом оперативного порівняння суми чотирьох сигналів датчика положення з сигналом датчика струму, які розміщені в одному корпусі. Параметри пучка виводяться на дисплей комп’ютера. Система успішно використовується на протязі декількох років

The control system for radiation sterilization of health-care products at the accelerator LU-10

The regulatory documents for the technological process of sterilization (DSTU ISO 11 137:2003 and others) set requirements on monitoring, maintaining and archiving the basic parameters of the process. To meet the requirements, an automated control system was created at the LU-10. It includes a PC-controlled beam scanner, technological measuring channels (TMC), and also a set of working standards to calibrate the channels. The CAMAC standard was used as an interface. The software of the complex provides the real-time processing of information on the beam parameters, their control, archiving, and also the information exchange within the local-area technological network. The presence of the Customer Database comprising the characteristics of incoming products makes it possible to optimize the process conditions for the products by the computer simulation method.Нормативные документы на технологический процесс стерилизации (ДСТУ ISO 11 137:2003 и др.) устанавливают требования мониторирования, поддержания и архивирования основных параметров процесса. Для удовлетворения этим требованиям на ЛУ-10 создана автоматизированная система контроля. В ее состав входит управляемый РС сканер пучка, технологические измерительные каналы, а также набор рабочих эталонов для калибровки каналов. В качестве интерфейса использован стандарт КАМАК. Программное обеспечение комплекса дает возможность в режиме реального времени производить обработку информации о параметрах пучка, управлять ими, их архивировать, а также обмениваться информацией в пределах локальной технологической сети. Наличие базы данных «Заказчик» с характеристиками поступающей продукции позволяет оптимизировать режим ее обработки методом компьютерного моделирования.Нормативні документи на технологічний процес стерилізації (ДСТУ ISO 11 137:2003 та інші) установлюють вимоги моніторування, підтримки і архивування основних параметрів процесу. Для задоволення цим вимогам на ЛП-10 створена автоматизована система контролю. У її склад входить керований РС сканер пучка, технологічні вимірювальні канали, а також набір робочих еталонів для калібрування каналів. Як інтерфейс використаний стандарт КАМАК. Програмне забезпечення комплексу дає можливість у режимі реального часу робити обробку інформації про параметри пучка, керувати ними, архивувати їх, а також обмінюватися інформацією в межах локальної технологічної мережі. Наявність бази даних «Замовник» з характеристиками продукції, що надходить, дозволяє оптимізувати режим її обробки методом комп'ютерного моделювання

Analytic Methods in Nonperturbative QCD

Recently developed analytic methods in the framework of the Field Correlator Method are reviewed in this series of four lectures and results of calculations are compared to lattice data and experiment. Recent lattice data demonstrating the Casimir scaling of static quark interaction strongly support the FCM and leave very little space for all other theoretical models, e.g. instanton gas/liquid model. Results of calculations for mesons, baryons, quark-gluon plasma and phase transition temperature demonstrate that new analytic methods are a powerful tool of nonperturbative QCD along with lattice simulations.Comment: LaTeX, 34 pages; Lectures given at the 13th Indian-Summer School "Understanding the Structure of Hadrons", August 28 - September 1, 2000, Prague, Czech Republi

Visualization of electron beam image

The system for visual monitoring of the electron beam was developed and implemented. The technique is based on registration of optical radiation, which is generated under object-beam interaction. The system comprises image transferring channel, remote-controlled digital photo-camera, connected with PC by USB-interface as well as proper software. The images obtained give information on the beam density distribution over the surface of the object being irradiated. 40 keV and 10 MeV electron beams were researched.Разработана и изготовлена система для визуального on-line контроля параметров пучка электронов, основанная на регистрации излучения в оптическом диапазоне, возникающего при взаимодействии пучка с мишенью. Система включает оптический канал передачи изображения, дистанционно-управляемую цифровую фотокамеру, подключенную к РС через USB-интерфейс, а также программное обеспечение. Система позволяет вести контроль распределения плотности пучка на поверхности облучаемого объекта. Исследования проводились на пучках электронов с энергией 40 кэВ и 10 МэВ.Розроблена та виготовлена система для візуального on-line контролю параметрів пучка електронів, заснована на реєстрації випромінювання в оптичному діапазоні, яке виникає при взаємодії пучка з мішенню. Система має оптичний канал передачі зображення, дистанційно-керовану цифрову фотокамеру, підключену до РС через USB-інтерфейс, а також програмне забезпечення. Система дозволяє контролювати розподілення густини пучка на поверхні об’єкта, що опромінюється. Досліди проводилися на пучках електронів з енергією 40 кеВ та 10 МеВ

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