УСТРОЙСТВО БЫСТРОГО ПРЕРЫВАНИЯ ПОТОКА УСКОРЕННЫХ ИОНОВ НА ЦИКЛОТРОНАХ DC-60 И IC-100

Для исследования оптических свойств облученных твердых тел на ранних стадиях образования дефектной структуры возникает необходимость улучшения временного разрешения регистрируемой ионолюминесценции и регистрации взаимодействующих с образцом частиц с меньшим разбросом энергий. В статье описывается разработанная система быстрого прерывателя пучка, именуемая «чоппер», в основе которой лежат отклоняющие пластины, размещаемые в канале аксиальной инжекции ускорителя, непосредственно перед инжекцией ионного пучка в магнитно-резонансную систему ускорителя. Чоппер влияет на постоянный поток ионов в аксиальной инжекции, получаемый из источника ионов и инжектируемый в ускоритель, и отклоняет его с частотой, необходимой для получения необходимого количества сгустков («банчей») на выходе из ускорителя. Чоппер позволяет получать пучок заряженных частиц с различными временными параметрами на ускорительных комплексах DC-60 и IC-100, резонансные системы которых работают в диапазоне частот от 11 МГц до 22 МГц, и при ускорении ионов создает на выходе ускорителя потоки частиц, сгруппированные в сгустки длительностью около ~2 …5 нс и с периодом повтора ~90…45 нс. В данном чоппере используется быстродействующий переключатель высокого напряжения, подаваемого на отклоняющие пластины, на которых поток ионов отклоняется в нужный момент от инжекции в ускоритель, тем самым обеспечивая эффективное разрежение количества сгустков, а соответственно и потока ионов от 100% до 1%, вплоть до одиночных сгустков.

1. Crespillo M. L., Graham J. T., Zhang Y., Weber W. J. Insitu luminescence monitoring of ion-induced damage evolution in SiO2 and Al2O3 // Journal of Luminescence. – 2016. – Vol. 172. – P. 208–218.

2. Calvo Del Castillo H., Ruvalcaba J. L., Bettinelli M., Speghini A., Barboza Flores M., Calderón T., Jaque D., García Solé J. Ionoluminescence of trivalent rare-earthdoped strontium barium niobate // Journal of Luminescence. – 2008. – Vol. 128, No. 5–6. – P. 735–737.

3. Townsend P. D. Variations on the use of ion beam luminescence // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2012. – Vol. 286. – P. 35–39.

4. Seitbayev A., Skuratov V. A., Dauletbekova A., Teterev Yu. G., Krylov A. N., Mamatova M., Koloberdin M., Zdorovets M. Time-resolved high energy ionoluminescence of Al2O3 // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2021. – Vol. 500–501. – P. 46–51.

5. Skuratov V. A., Gun K. J., Stano J., Zagorski D. L. In situ luminescence as monitor of radiation damage under swift heavy ion irradiation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2006. – Vol. 245, No. 1. – P. 194– 200.

6. Zdorovets M., Ivanov I., Koloberdin M., Kozin S., Alexandrenko V., Sambaev E., Kurakhmedov A., Ryskulov A. Accelerator complex based on DC-60 cyclotron. // Proceedings of 24th Russian Particle Accelerator Conference (Obninsk, Russia, 6-10 october, 2014). Geneva: JACoW Publishing, 2014. – P. 287–289.

7. Moscatello M., Anger P., Berthe C., Bertrand P., Bru B., David L., Giacomo M. di, Jamet Ch., Ozille M., Pellemoine F., Petit E., Savalle A., Vignet J. Recent developments for high intensity beams at GANIL // Nukleonika. – 2003. – Vol. 48 (suppl. 2). – P. S155–S158.

8. Araujo Martinez A. C., Agustsson R., Chen Y.-C., Kutsaev S., Plastun A., Rao X. Electromagnetic Design of a Compact RF Chopper for Heavy-Ion Beam Separation at FRIB // Proceedings of the 5th North American Particle Accelerator Conference NAPAC2022 (Albuquerque, NM, USA, 07-12 August 2022). Geneva: JACoW Publishing, 2022. – P. 732–735.

9. Poirier F., Blain G., Bulteau-Harel F., Chiavassa S., Delpon G., Durand T., Fattahi M., Goiziou X., Haddad F., Koumeir C., Sengar A., Trichet H., Vandenborre J. The Injection and Chopper-Based System at Arronax C70XP Cyclotron // Proceedings of the 22nd International Conference on Cyclotrons and their Applications (Cape Town, South Africa, 23-27 September 2019). – Geneva: JACoW Publishing, 2020. – P. 159–161.

10. Shor A., Vartsky D., Dangendorf V., Bar D., Aliz Y. B., Berkovits D., Brandis M., Goldberg M. B., Grin A., Mardor I., Mor I., Weissman L. Fast beam chopper at SARAF accelerator via RF deflector before RFQ // J. Inst. – 2012. – Vol. 7, No. 06. – P. C06003–C06003.

11. Bachiller-Perea D., Jiménez-Rey D., Muñoz-Martín A., Agulló-López F. Exciton mechanisms and modeling of the ionoluminescence in silica // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2016. – Vol. 49, No. 8. – P. 085501.

12. Kimura K., Sharma S., Popov A. Fast electron–hole plasma luminescence from track-cores in heavy-ion irradiated wide-band-gap crystals // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2002. – Vol. 191, No. 1–4. – P. 48–53.

13. Kimura K. Ultra-fast luminescence in heavy-ion trackcores in insulators: Electron–hole plasma // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2003. – Vol. 212. – P. 123–134.

14. Gulley M. S. Tuning the beam: a physics perspective on beam diagnostic instrumentation // Proceedings of 14th Beam Instrumentation Workshop (BIW10) (Santa Fe, New Mexico, US, 2010). – P. 491–497.

15. Bolzon B., Akagi T., Beauvais P.-Y., Cara P., Carmona J. M., Chauvin N., Chel S., Dzitko H., Gobin R., Harrault F., Heidinger R., Ichimiya R., Ihara A., Jimenez D., Kasugai A., Kitano T., Knaster J., Komata M., Kondo K., Marqueta A., Nishiyama K., Okumura Y., Podadera I., Pruneri G., Sakamoto K., Scantamburlo F., Senée F., Shinya T., Sugimoto M., Varela R. A. Beam diagnostics of an ECR ion source on LIPAc injector for prototype IFMIF beam accelerator // Fusion Engineering and Design. – 2018. – Vol. 136. – P. 1300–1305.

16. Гикал Б.Н., Гульбекян Г.Г., Иванов Г.Н., Ивонова И.Б., Казаринов Н.Ю., Казача В.И., Калагин И.В., Колесов И.В., Лебедев Н.И., Мельников В.Н., Серобаба А.П., Фатеев А.А. Система транспортировки пучков тяжелых ионов, выведенных из циклотрона ДЦ-60 // Сообщение Объединенного института ядерных исследований Р9.-2006-37. – 2006. – С. 1–12.

17. Gikal B. N., Dmitriev S. N., Gul’bekyan G. G., Apel’ P. Yu., Bashevoi V. V., Bogomolov S. L., Borisov O. N., Buzmakov V. A., Ivanenko I. A., Ivanov O. M., Kazarinov N. Yu., Kolesov I. V., Mironov V. I., Papash A. I., Pashchenko S. V., Skuratov V. A., Tikhomirov A. V., Khabarov M. V., Cherevatenko A. P., Yazvitskii N. Yu. IC-100 accelerator complex for scientific and applied research // Phys. Part. Nuclei Lett. – 2008. – Vol. 5, No. 1. – P. 33–48.

18. A Low-Side RF MOSFET Driver IXRFD631. Available at: https://ixysrf.com/wpcontent/uploads/2017/09/IXRFD631_Datasheet_RevA1.pdf (accessed 9 June 2024).

19. DE275-102N06A RF Power MOSFET. Available at: https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/314497 /IXYS/DE275-102N06A.html (accessed 9 June 2024).

20. Koshimizu M., Kimura K., Fujimoto Y., Asai K. Fast luminescence in vacuum ultraviolet region in heavy-ionirradiated α-Al2O3 // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2015. – Vol. 365. – P. 540–543.

21. Weber M. J., Derenzo S. E., Moses W. W. Measurements of ultrafast scintillation rise times: evidence of energy transfer mechanisms // Journal of Luminescence. – 2000. – Vol. 87–89. – P. 830–832.