УСКОРИТЕЛЬ ПРОТОНОВBWLAP/ABC3(2)D для ЯРТ энергетики

FW and BW schemes
В конструкциях линейных
ускорителей
используют всего три
метода :
ускорение на прямой волне;
- ускорение на стоячей волне;
ускорение на обратной волне.
Метод ускорения на обратной волне и конструкции ускорителей закреплены за СССР (Россией)
20-ю авторскими свидетельствами и патентами.

DTL – Alvarez 150 MHz

Суть метода “BWLAP(D)” заключается в ускорении элементарных частиц (протонов, дейтронов…) электрическим компонентом электромагнитной волны, бегущей (распространяющейся) в том же направлении и с той же увеличивающейся скоростью, что и ускоряемые ионы.
При этом источник электромагнитных колебаний устанавливают на конце ускорителя, противоположном инжекционному, и волна бежит навстречу потоку энергии – тем самым волна (пространственная гармоника) является обратной (противоположно направленной) по отношению к направлению потока энергии.
УСКОРИТЕЛЬ НА ОБРАТНОЙ ВОЛНЕ
“BWLAP/ABC3D”
ЦНИИ «Комета» и СО РАН

ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА “BWLAP(D)”
Метод позволяет:
Решить проблему продольной и поперечной устойчивости ускоряемых ионов.
Осуществить 95%-ный захват инжектируемого непрерывным потоком в ускоритель пучка ионов в режим устойчивого ускорения.
Увеличить в 10 раз частоту ускоряющего ионы высокочастотного поля и осуществить ускорение ионов в дециметровом диапазоне длин волн.
Уменьшить более чем на порядок поперечные размеры ускоряющих структур.
Уменьшить почти на порядок продольные размеры ускорителя (при том же к.п.д. преобразования ВЧ-мощности в кинетическую энергию пучка, как и в 1880-метровом Лос-Аламосском гиганте).

Применить для поперечной фокусировки пучка продольное стационарное магнитное поле, минимизирующее рост продольного фазового объема пучка (r*r').
Решить проблему сейсмоустойчивости ГэВ-ного уровня ускорителей.
Решить проблему минимизации токоосаждения в ускорителе.
Улучшить планируемые эксплуатационные характеристики ускорителя.
Осуществить перевод сгустков из секции в секцию (в многосекционных ускорителях) «методом инжектирования пучка в центр сепаратрисы» и тем самым минимизировать рост продольного фазового объема пучка (ΔW*Δφ), обеспечить чрезвычайно низкую чувствительность характеристик ускоряемого пучка к ошибкам установки значений «ВЧ-фаз ввода пучка в секцию» и к уровню установленной ВЧ-мощности в секциях.
ОСОБЕННОСТИ МЕТОДА “BWLAP(D)”
(продолжение)
Метод позволяет:

Scheme of BWLAP/ABC2D
4 RF 1300 MHz 10 MW,
750 RF 3900 MHz 10 MW
& 750 waveguide bridges]
10 ГэВ – 60м × 24м × 6м
1400MeV
2500MeV
9800MeV

Scheme of BWLAD/ABC3D
0.3 ns PROTON MONOPULSE (2.5109) 1300 MeV
[ 1 RF fo (0.4 - 4) MW ΔW =100 MeV ][13 RF 2fo (5-10) MW + 11 RF BRIDGES]
Sections 1-8 RF 1300 MHz
Sections 9-33 RF 2600 MHz
Injector
1300 MeV
RF-klystron
1300 MHz
30 m
52 MeV
Bend magnets
0.32 MeV
100 MeV

ACCELERATING AND FOCUSING MODULE (CRYOSTAT)
1. Protective thermoradiation-including mylar-film shield
2. Ln2 - tank
3. LHe - tank
4. Superconducting Solenoid
5. Accelerating structure
6. Kryostat
7.Thermoinsulator
8.Thin-walled sleeve
9. Bean axis
10. Support pin
11. Vacuum chamber

Опытная установка BWLAP

ACCELERATOR ELEMENTS

ACCELERATOR ELEMENT

Сравнение эффективности ускоряющих структур
Кпд=I*E cos φ/(I*E cos φ+E2/Zsh)≈I/(I+E/Zsh)
BW (D.Tronc)
3000MHz

Цель - УСКОРИТЕЛЕСТРОЕНИЕ
Создание уникальных линейных ускорителей протонов/дейтронов, имеющих:
высокую надежность, экономичность и экологическую чистоту
простоту и безопасность обслуживания
низкую себестоимость
малые весогабариты
широкий спектр практического приме-нения

Области применения
ядерная энергетика
ЯРТ – релятивистская ядерная энергетика
создание взрывобезопасных подкри-тических ядерных реакторов
переработка отходов ядерного произ-водства и оружейного плутония
практически неиссякаемое воспроиз-водство ядерного горючего для АЭС

Области применения
материаловедение
дефектоскопия
производство высокочистых хими-ческих веществ, в том числе ста-бильных и короткоживущих изотопов для нужд микроэлектроники и меди-цины
обработка материалов, изменение их физических и химических свойств

Области применения
медицина
производство медпрепаратов на осно-ве короткоживущих изотопов, в том числе для позитронно-эмиссионной томографии
протонно-лучевая терапия (лечение онкологических и нейрохирургических заболеваний – без ножа и крови)
создание мобильных госпиталей про-тонно-лучевой терапии

Области применения
в космосе
санация околоземного пространства
инспекция искусственных спутников Земли на орбите
селекция реальных и ложных целей
исследование различных космических объектов и явлений

Области применения
контроль за расщепляющимися и взрывчатыми материалами
контроль за перемещением (распро-странением) ядерного оружия и рас-щепляющихся материалов в рамках международных договоренностей
досмотр грузового транспорта и кон-тейнеров, в том числе в движении

Состояние работ по программе
На текущий момент созданы два опытных образца, на которых отработаны все технологические приемы и методики для перехода к полномасштабному серийному производству ускорителей BWLAP с различными эксплуатационными характеристиками.

Главные преимущества
программа комплексная, охватывает несколько самостоятельных направ-лений коммерческой деятельности, что позволяет без особого риска поэтапно привлечь для ее реализации значительные капиталовложения на длительный срок в рамках отдельных высокоокупаемых проектов.

Главные преимущества
программа затрагивает глобальные проблемы экологической и ядерной безопасности, лечения рака, борьбы с наркотиками и распространением расщепляющихся материалов, что предусматривает международную ко-операцию и вовлечение в программу иностранного капитала.

Ускорители для ЯРТ и подкритических реакторов и трансмьютеров ОЯТ: мощность в пучке – 5 - 50 MW
Протонно-лучевая терапия: энергия в пучке – 250 МэВ
Производство изотопов
BWLAP 20 МэВ
Ускорители для исследований и прототипов ЭЯУ: мощность в пучке – 1 - 10 MW
Комплексная программа
создания многофункциональных ускорителей
(основные направления развития отрасли ускорителестроения)
Программа – $40М Программа $30M Программа - $50M Программа – $2 – 2,5B Программа – $10-12B
Установка - $10M Установка - $4,5M Установка - $12-15M Установка – $0,6 -0,8B Установка – $1 – 1, 6
Сроки – 2–3 года Сроки – 3-5 лет Сроки – 7-8 лет Сроки – 8 –11 лет Сроки – 10 -20 лет
Рынок: Рынок: Рынок: Рынок: Рынок:
N - 200 N– 1000 N – 500 N – 500 N – 1000
$ - 2B $ - 4.5B $ - 7.5B $ - 400 B $ - 1T
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 лет
30-150 МэВ
7 – 20 МэВ