Стохастическое охлаждение

Стохасти́ческое охлажде́ние — метод охлаждения пучков заряженных частиц в ускорителях. Метод предложен Ван дер Меером в 1968 году[1] и впервые применён для охлаждения протонов в кольце ISR в международном центре ЦЕРН в 1975 году. Изобретение было отмечено нобелевской премией по физике в 1984 году, присуждённой Ван дер Мееру (совместно с Карло Руббиа).

Принцип действия

Основу принципа действия проще всего понять на движении одной частицы. Охлаждением называется сокращение поперечных компонент импульса. Если частица имеет ненулевой поперечный импульс, она совершает бетатронные колебания в фокусирующей структуре синхротрона. Измерив отклонение частицы от равновесной орбиты чувствительным датчиком (пикапом), можно, усилив сигнал, подать его на вход быстрого импульсного элемента (кикера), который погасит колебания. Необходимо, чтобы сигнал приходил к кикеру одновременно с пучком частиц, то есть, из-за задержек в усилителе, для релятивистских частиц путь для сигнала должен быть короче пути вдоль орбиты. Также необходимо, чтобы между пикапом и кикером укладывалось нечётное число четвертей бетатронных колебаний[2][3].

Реальный пучок состоит из множества (106−1013) частиц. Однако, имея достаточно широкополосный усилитель, можно отслеживать флуктуации координаты центра тяжести вдоль пучка. Если пучок несгруппирован, имеется перемешивание частиц в продольном направлении, что делает охлаждение эффективным на протяжении многих оборотов. К настоящему времени попытки стохастического охлаждения сгруппированного пучка не были успешными.

Продольное охлаждение

Продольное охлаждение (сокращение разброса продольных импульсов) также возможно. Для этого используется т. н. пикап Пальмера, то есть датчик, расположенный в точке, где велика дисперсионная функция. Это позволяет измерить отклонение частиц по импульсу и передать сигнал на структуру, ускоряющую или замедляющую частицы.

Применение

В России впервые стохастическое охлаждение было применено в ОИЯИ на ускорителе Нуклотрон в 2013 году[4][5].

См. также

Примечания
  1. Stochastic cooling на странице Antiproton Decelerator, ЦЕРН.
  2. Stochastic Cooling and the Accumulation of Antiprotons, Simon van der Meer, Nobel lecture, 1984.
  3. Стохастическое охлаждение и накопление антипротонов, С. ван дер Меер, УФН 147 405—420 (1985).
  4. Стохастическое охлаждение на Нуклотроне: впервые в России.
  5. Nuclotron tests out stochastic cooling in Dubna, CERN Courier, May 22, 2013.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.