수납 링
Storage ring |
저장 링은 연속 입자 빔 또는 펄스 입자 빔이 일반적으로 몇 시간 동안 순환하는 원형 입자 가속기의 한 종류입니다.특정 입자의 저장 여부는 저장되는 입자의 질량, 운동량 및 보통 전하에 따라 달라집니다.저장 고리는 가장 일반적으로 전자, 양전자 또는 양성자를 저장합니다.
저장 고리는 싱크로트론 방사선을 방출하는 전자를 저장하는 데 가장 많이 사용됩니다.전자 저장 고리에 기반한 50개 이상의 시설이 존재하며 화학 및 생물학의 다양한 연구에 사용됩니다.저장 링은 또한 Sokolov-Ternov 효과를 통해 편광된 고에너지 전자 빔을 생성하는 데 사용될 수 있습니다.저장 링의 가장 잘 알려진 용도는 입자 가속기와 입자 충돌기에 사용되는 것으로, 저장된 입자의 역회전 빔 두 개가 개별 위치에서 충돌합니다.그 결과 발생하는 아원자 상호작용은 주변 입자 검출기에서 연구된다.LHC, LEP, PEP-II, KEKB, RHIC, Tevatron, HERA 등이 그러한 시설의 예입니다.
저장 링은 싱크로트론의 한 종류입니다.기존의 싱크로트론이 무선주파수 가속 공동의 도움으로 낮은 에너지 상태에서 높은 에너지 상태로 입자를 가속하는 역할을 하는 반면, 저장 링은 입자를 일정한 에너지로 저장하며, 무선주파수 공동은 싱크로트론 방사선과 다른 과정을 통해 손실된 에너지를 대체하는 데만 사용됩니다.
제라드 K O'Neill은 1956년에 저장 링을 충돌기의 구성 블록으로 사용할 것을 제안했습니다.이러한 맥락에서 저장 링의 주요 장점은 저장 링이 훨씬 낮은 [1]플럭스를 달성하는 주입 가속기에서 높은 빔 플럭스를 축적할 수 있다는 것입니다.
입자 빔 저장 시 중요한 고려 사항
자석
입자가 거의 원형 경로로 움직이도록 구속되는 방식으로 힘을 가해야 합니다.이는 쌍극자 정전장 또는 쌍극자 자기장을 사용하여 달성할 수 있지만, 대부분의 저장 링은 상대론적 하전 입자를 저장하기 때문에 쌍극자 자석에 의해 생성된 자기장을 이용하는 것이 가장 실용적인 것으로 판명되었습니다.그러나 정전기 가속기는 매우 낮은 에너지 입자를 저장하도록 만들어졌으며, 4극장은 중성자를 저장(충전되지 않은)하기 위해 사용될 수 있다. 그러나 이것들은 비교적 드물다.
쌍극자 자석만으로도 소위 말하는 약한 초점만을 제공하며, 이러한 종류의 자성 요소만으로 구성된 저장 링은 상대적으로 큰 빔 크기를 가진 입자를 만들어냅니다.쌍극자석을 4극자석과 6극자석의 적절한 배열로 인터리빙하면 훨씬 더 작은 빔 크기를 제공할 수 있는 적합한 강력한 초점 시스템을 제공할 수 있습니다.FOODO와 Chasman-Green 격자 구조는 강력한 초점 시스템의 단순한 예시이지만, 다른 많은 것들이 있다.
다이폴과 4극 자석은 다른 양의 입자 에너지를 비껴갑니다. 물리적 광학과의 유추에 의해 색도라고 불리는 특성입니다.따라서 실질적으로 저장된 입자 빔에 본질적으로 존재하는 에너지의 확산은 다양한 입자 빔의 불안정성을 야기할 뿐만 아니라 가로 방향 및 세로 방향 포커스의 확산을 야기한다.이러한 현상을 수정하기 위해 Sextupole 자석(및 고차 자석)이 사용되지만, 이는 저장 링 설계자가 직면하는 주요 문제 중 하나인 비선형 운동을 야기합니다.
진공.
번치는 수백만 킬로미터(수시간 동안 빛의 속도에 가까운 속도로 이동한다는 점을 고려하면)를 이동하기 때문에 빔 파이프에 남아 있는 모든 가스는 매우 많은 충돌을 일으킬 것입니다.이것은 다발의 크기를 증가시키고 에너지 확산을 증가시키는 효과가 있습니다.따라서 진공 상태가 좋을수록 빔 다이내믹스가 향상됩니다.또한 잔류 가스 또는 다발 내의 다른 입자(투첵 효과)에서 발생하는 단일 대각 산란 이벤트는 가속기 진공 용기 벽에서 손실될 정도로 먼 거리에서 입자를 방출할 수 있습니다.이러한 점진적인 입자 손실은 빔 수명이라고 불리며, 저장 링에 새로운 입자 보완체를 주기적으로 주입해야 한다는 것을 의미합니다.
입자 주입 및 타이밍
기억링에 입자를 주입하는 것은 기억링의 용도에 따라 여러 가지 방법으로 이루어질 수 있다.가장 간단한 방법은 하나 이상의 펄스 편향 쌍극자석(분사 키커 자석)을 사용하여 들어오는 입자 계열을 저장된 빔 경로로 유도합니다. 키커 자석은 저장된 열차가 분사 지점으로 돌아오기 전에 꺼지고 따라서 저장된 빔이 생성됩니다.이 방법을 원턴 주입이라고 부르기도 합니다.
멀티턴 인젝션을 사용하면 예를 들어 대량의 저장된 전류가 필요한 경우 유입되는 다수의 입자 계열을 축적할 수 있습니다.유의한 빔 감쇠가 없는 양성자 등의 입자에 대해서는 빔 편향과 기억빔 내의 간섭성 진동을 신중하게 배치하여 미리 분사된 열차를 분사하지 않도록 주의하면서 각 분사 펄스를 기억빔 가로 또는 세로 위상 공간의 특정 지점에 배치한다.예를 들어 싱크로트론 복사에 의한 전자의 방사선 감쇠가 현저한 경우에는 주입된 펄스를 위상공간의 가장자리에 배치한 후 저장된 빔에 횡위상공간에서 감쇠되도록 방치한 후 추가 펄스를 주입할 수 있다.싱크로트론 방사선의 일반적인 감쇠 시간은 수십 밀리초이므로 초당 다수의 펄스를 축적할 수 있습니다.
입자 추출이 필요한 경우(예를 들어 가속기 체인 내)는 주입과 유사하게 1회전 추출을 수행할 수 있다.공명 추출을 사용할 수도 있다.
빔 다이내믹스
입자는 잠재적으로 100억 이상의 회전을 위해 저장되어야 합니다.이 장기적인 안정성은 어려운 일이며, 자석 디자인과 [2]추적 코드를 결합해야 합니다.장기적인 안정성을 이해하고 최적화하기 위한 분석 도구입니다.
전자 저장 링의 경우, 방사선 감쇠는 전자를 설계 궤도로 수천 회전하는 비 해밀턴 운동을 제공함으로써 안정성 문제를 완화한다.방사광자 에너지의 변동으로부터의 확산과 함께 평형빔 분포에 도달한다.이러한 토픽 중 일부에 대한 자세한 내용은 참조할[3] 수 있습니다.
「 」를 참조해 주세요.
- 제라드 K 오닐(인벤토리)
- 싱크로트론 방사선 시설 목록
레퍼런스
- ^ O'Neill, Gerard K. (1956). "Storage-Ring Synchrotron: Device for High-Energy Physics Research" (PDF). Physical Review. 102 (5): 1418–1419. Bibcode:1956PhRv..102.1418O. doi:10.1103/physrev.102.1418. Archived from the original (PDF) on 2012-03-06.
- ^ 참조: 2013-12-03년 웨이백 머신에 보관된 Accelerator Toolbox
- ^ Sands, Matthew (1970). "The Physics of Electron Storage Rings: An Introduction".
