Линейный ускоритель ИЯИ РАН относится к классу сильноточных линейных ускорителей ионов. Он включает 2 инжектора (ионы Н+ и Н-), инжекционный тракт, начальную часть ускорителя до энергии 100 МэВ и основную часть до энергии 600 МэВ. Начальная часть включает пять ускоряющих резонаторов с трубками дрейфа, работающих на частоте 198,2 МГц. Основная часть состоит из 27-и четырехсекционных резонаторов с шайбами и диафрагмами, работающими на частоте 991 МГц. Предусмотрен промежуточный вывод пучка с энергией 160 МэВ, где сооружен комплекс по производству радиоизотопов.

 

Первый ускоренный до энергии 20 МэВ пучок был получен в 1988 году. Энергия 100 МэВ была получена в 1990 году, 160 МэВ - в 1991 году, 250 МэВ - в 1992 году. Далее шло постепенное увеличение энергии по мере поступления клистронов КИУ-40 для системы ВЧ питания основной части ускорителя. Максимальная энергия 502 МэВ была достигнута в 1996 году и определялась количеством имеющихся в наличии работающих клистронов. В дальнейшем, однако, из-за выхода из строя клистронов и невозможности приобретения в достаточном количестве новых приборов энергия ускорителя снижалась, и с 2001 года работы ведутся при энергии 209 МэВ. Несмотря на это линейный ускоритель ИЯИ РАН и в настоящее время является крупнейшим линейным ускорителем протонов в Европе и одним из крупнейших в мире.

Регулярная работа ускорителя на физические и прикладные задачи началась в 1993 году. К настоящему времени проведено 116 сеансов общей продолжительностью 42600 часов. Средняя продолжительность пучковых сеансов за последние десять лет составила 1660 часов в год. Основные проектные, достигнутые и текущие параметры ускорителя приведены в Таблице 1.

 

Таблица 1. Основные параметры ускорителя

 

Параметр

Проект

Достигнуто

Состояние на 2015 год

Ускоряемые частицы

Н+, Н-

Н+, Н-

Н+, Н-

Энергия, МэВ

600

502

209

Импульсный ток, мА

50

16

12

Частота повторения, Гц

100

50

50

Длительность импульса, мкс

100

0,3÷200

0,3÷200

Средний ток, мкА

500

150

120

 

 

Возможности увеличения энергии и интенсивности пучка ускорителя

 

В настоящее время относительно просто и с небольшими финансовыми затратами может быть решена задача увеличения энергии до 247 МэВ. Интенсивность пучка при этом составит до 100 µА.

Также имеется возможность увеличить энергию до 305 МэВ. Интенсивность пучка при этом составит 50 µА. Данная задача вполне реалистичная, но для ее решения требуется выполнить большой объем работ. Возможно увеличение интенсивности до 100 µА, но потребуется выполнить большой объем работ по модернизации формирующих линий системы импульсного питания клистронов с целью увеличения длительности импульсов.

Следует отметить, что количество клистронов КИУ-40, имеющихся в настоящее время в наличии, достаточно для получения энергии пучка 305 МэВ.

Увеличение интенсивности в два раза за счет увеличения частоты следования импульсов с 50 до 100 Гц возможно для энергии до 100 МэВ. При этом можно будет задействовать систему разделения пучков на участке 160 МэВ. Пучок с энергий 100 МэВ будет подаваться на изотопный комплекс, а с энергией свыше 100 МэВ – на экспериментальный комплекс.

Увеличение частоты следования импульсов тока пучка до 100 Гц для энергии свыше 100 МэВ в настоящее время проблематично из-за проблемы пробоев в первом резонаторе основной части (100÷113 МэВ), которая усугубляется при увеличении частоты и длительности импульсов. Выход - разработка и изготовление нового резонатора.

Существует реальная перспектива одновременной (через импульс) работы с пучками протонов и ионов Н-минус. Пучок протонов с энергией 100 МэВ может выводиться на изотопный комплекс, а пучок ионов Н-минус - ускоряться до более высокой энергии и использоваться, например, для протонной терапии.

Следует отметить, что увеличение энергии свыше 305 МэВ в принципе возможно, однако для решения этой задачи потребуется значительное финансирование, а также решение проблемы обеспечения кадрами.

Для обеспечения работы ускорителя на установки в Здании 25 необходима модернизация каналов транспортировки пучка экспериментального комплекса, включая магнитную систему, систему диагностики, вакуумную систему, систему измерения потерь пучка, систему контроля, систему аварийной защиты. Также необходимо создание единой системы контроля и управления ускорителя и экспериментального комплекса. Перечисленные работы уже начаты в 2014 году и имеют реальную перспективу поэтапного выполнения для энергий пучка до 305 МэВ. Для более высоких энергий необходима модернизация системы питания электромагнитных элементов, что потребует значительных финансовых затрат.