Международная научная программа ОИЯИ по физике высоких энергий Цель и место проекта NICA / MPD

14 февраля 2008 совещание ИФВЭ-ОИЯИ 1

Международная научная программа ОИЯИ по физике высоких энергий Цель и место проекта NICA / MPD Развитие ускорительного комплекса: I-й этап проекта NICA/MPD : Нуклотрон-М Задачи первого этапа и планы экспериментовЗаключение

Концептуальный проектКонцептуальный проектускорительного комплекса в ускорительного комплекса в

проекте проекте NICA/MPDNICA/MPD

Г.В. Трубников & NICA team


предложена в рамках «Дорожной Карты»

научных исследований ОИЯИ Основные области: Релятивистская физика тяжелых ионов:

поиск и изучение фазовых переходов и новых состояний ядерной материи,

включая смешанную фазу и критическую точку; Спиновая физика малонуклонных систем:

изучение спин-зависимых процессов; Физика ароматов: проверка правила OZI,

поиск многокварковых состояний (пентакварки) поиск и изучение экзотических ядер (гиперядра);

Инновационные проекты: медицинские пучки, биология.

Научная программа на ускорительном комплексе физики высоких энергий ОИЯИ


Статус базовой установки Нуклотрон

Устойчивая работа 1300 2000 час/год последние годы.

Традиционно более чем 75% полного пучкового времени -

физикам, на методические (ускорительные) эксперименты -

около 25% времени сеанса.

Сорта ионов: p, d, He, Li, B, C, N6+, N7+ , Mg , Ar16+, Fe24+; d - реализованоДиапазон энергий: 0.35 2.2 ГэВ/н – для ядер,

4.3 ГэВ/н – для дейтронов, 5.7 ГэВ – для протонов.

Эксперименты проводятся участниками 14 коллабораций.


Внутренние пучки

ETA-NUCLEI, DELTA-2, LNS

Выведенные пучки

ALPOM, BECQUEREL, DELTA-SIGMA, ENERGY & TRANSMUTATION, FAZA-3, GAMMA-2, GIBS, MARUSYA, NIS, KRISTAL, TPD, STRELA, Med-Nuclotron, Radiobiological investigations

Интерес стран к работам на Нуклотроне Интерес стран к работам на Нуклотроне


Релятивистская физика тяжелых

ионов


Увеличение энергии

Уменьшение энергии


M. Gazdzicki Heavy ion physics perspectives, Bad Liebenzell, 12-14 September 2007


Коллайдер тяжелых ионов NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility)

Тех. проект в стадии подготовки

Проект предусматривает создание: - модернизированного Нуклотрона

(Нуклотрон-М) - нового инжекционного комплекса (КРИОН

+ Линак) - Бустера для Нуклотрона - встречных колец с двумя точками

пересечений - детектора MPD (MultiPurpose Detector)

Концептуальный проект NICA (CDR) - завершен

Письмо о намерениях MPD – завершенЭскизный проект – 2008 год

Новая базовая установка ОИЯИ


Коллайдер NICA (рабочая схема):

Бустер (25 Tm)2 однооборотные инжекции,

накопление 3.2109 ионовэл.охлаждение на 100 МэВ/н,

банчировка и ускорениедо энергии 400 МэВ/н

Нуклотрон (36 Tm)Инжекция одного сгустка

1.1109 ионов,ускорение до

3.5 ГэВ/н.

Коллайдер (36 Tm)накопление

15 сгустков 1109 ионов в кольце на 3.5 ГэВ/н,

стохастическое охлаждение

Инжектор: 2×109 ионов/импульс 238U32+ при энергии 6 МэВ/н

IP-1 IP-2

Обдирка с эффективностью 40% 238U32+ 238U92+

Два кольца коллайдера

2x15 циклов инжекции


NICA / MPD Схема комплекса

MPD

Ионный источник + линейный инжектор

Существующие каналы вывода

Сверхпроводящий коллайдер

Нуклотрон

Бустер

Периметр 225 мПоле в магнитах 5 ТМагниты «два в одном»

Средняя светимость 1027см2с-1 (!!!) U x U

здание 205

здание 1б здание 1

2-е место встречи

Существующая инфраструктура !!!


Параметры NICA для U-U

Периметр м 225

Точки взаимодействия 2

Бета-функции в ТВ м 0.5

Продольный разброс (rms) 0.001

Длина сгустка (rms) м 0.3

Число ионов в сгустке 109

Число сгустков 15

Некогерентный сдвиг частоты 0.05

Ненормализованный rms при 1 ГэВ/нпри 3.5 ГэВ/н

мм мрад3.8

0.26

Светимость в одной ТВпри 1 ГэВ/нпри 3.5 ГэВ/н

см-2с-1

6.61025

1.11027

||,rms = 3 эВсек = 0.013 эВсек/н


30 циклов инжекции 1109 ионов 238U92+

за цикл

t

3.5 GeV/u

400 MeV/u

100 MeV/u6 MeV/u

470 keV/u

25 keV/u 2с 0.4с 2с 3с 4.5с 135с

КРИОН RFQ RFQ DTL Бустер Нуклотрон КоллайдерEion/A

2 цикла инжек-

ции

эл.охл-е

238U32+

238U92+

Временная схема накопления


EBIS

RFQ

Linac

BOOSTER

AGS

RHIC

Au32+

Au32+

Au32+

Au32+

Au77+

Au77+

STRIPPER FOIL,

17 keV/u

300 keV/u

2 MeV/u

70 MeV/u

70 MeV/u

9 GeV/u

3.4 x 109 ions

3.0 x 109 ions

2.7 x 109 ions

1.4 x 109 ions

1.2 x 109 ions

1.2 x 109 ions

90%

90%

85%

60%

90%

STRIPPER FOIL, 100%9 GeV/u

1.2 x 109 ionsAu79+

ESIS

RFQ

RFQ DTL

BOOSTER

NUCLOTRON

NICA

U32+

U32+

U32+

U32+

U92+

U92+

STRIPPER FOIL,

25 keV/u

470 keV/u

6 MeV/u

400 MeV/u

400 MeV/u

1 3.5 GeV/u

2 x 109 ions

1.7 x 109 ions

1.6 x 109 ions

2.9 x 109 ions

2 injections

1.2 x 109 ions

1.1 x 109 ions

85%

95%

90%

40%

90%

Injection chain


Ионный источник «электронная струна»

EBIS: 300 kW DC electron beam power ESIS: 200 W


Общий вид ионного источника КРИОН (соленоид 3Т)

6 T соленоид: 2109 U32+

3 T соленоид: 5108 Au30+Эксп. результат

Ожидаем

Е. Донец


Инжектор: источник + форинжектор + линак


БустерНУКЛОТРОН

БУСТЕР

Фундамент Синхрофазотрона

B = 25 Tm, C = 210 m1) 2 однооборотных инжекции 2) Накопление 3×109 238U32+

3) Эл. охлаждение на 100 MэВ/н 4) Ускорение до 400 МэВ/н5) Вывод и обдирка


β-функции и дисперсия для одного супер-периода

Сетка резонансов и рабочая точка

Количество супер-периодов 4

Число ячеек FODO в супер-периоде 6

Длина ячейки, м 9.0

Длина большого прям. промежутка в ячейке, м 4.1×2

Длина малого прям. промежутка, м 0.65

Бетатронные частоты 5.8/5.85

Набег фазы на ячейке 1.51

Бета-функция, м 17.0

Максимальная дисперсия, м 2.9

Коэф-т уплотнения орбит 0.038

Хроматичность -7.0

Горизонтальный аксептанс, ∙mm∙mrad 400

Вертикальный аксептанс, ∙mm∙mrad 70

Параметры Бустера

Рабочий цикл бустера


Кольца коллайдера

1- диполи, 2- квадруполи, 3- разделительные диполи, 4 – сброс пучка

Два кольца расположены друг над другом, что предполагает 2 возможных схемы:поворотные и квадрупольные магниты будут двух-апертурными в одном ярме, или схема с двумя раздельными кольцами. Пока рассматривается 1-й вариант.. Магнитная жесткость колец равна максимальной магнитной жесткости Нуклотрона (45 Тм). Максимально поворотное поле в сверхпроводящих диполях выбрано равным 5,5 Т. Для обеспечения круглого пучка в ТВ, коллайдер должен работать на равных бетатронных частотах (горизонтальной и вертикальной).


Сорта ионов от d до U

Магнитная жесткость Т м 45

Максимальная энергия ионовUAuPb

ГэВ/н4.374.564.5

Макс. энергия (дейтроны) ГэВ 12.6

Периметр м 225

Количество ТВ 2

Ненормализованный эмиттанс (rms) мм мрад 0.3

Продольный разброс (rms) 0.001

Длина сгустка (rms) м 0.3

Ионов в сгустке (1 -2 )109

Число сгустков 10 - 15

Номер ВЧ гармоники 90

Амплитуда ВЧ напряжения кВ 100

Бета-функция в ТВ м 0.5


проектные параметры комплекса NICA

Бустер Нуклотрон Коллайдер

Периметр, м 215 251.52 225

Конечная кин. энергия, ГэВ/н 0,4 1 – 3,5 1 -3,5

Магнитная жесткость, Tесла-м 2.4 - 25 8.2 - 36 14 - 36

Магнитное поле, Tесла 0.17–1.8 0.37 – 1.64 1.56 – 4

Количество диполей 40 96 24

Количество квадруполей 48 64 32

dB/dt; T/сек 1 1 0

Номер ВЧ гармоники 4 / 1 1 90

ВЧ диапазон, МГц 0.6 – 1 0.857–1.17 105–117

ВЧ амплитуда, кВ 4 120 100

Давление ост. газа, Торр 10-11 10-8 10-10


I этап ускорительный комплекс Нуклотрон-М (2008-2010) и необходимая инфраструктура,

программа R&D подготовка технического проекта (TDR)

II этап разработка и создание элементов ускорителя (2008-2012) развитие инфраструктуры

III этап продолжение работ+ монтаж (2010-2012)

IV этап наладка, приемка(2013-2014) и запуск в эксплуатацию

Основные этапы Основные этапы проекта проекта NICA /MPDNICA /MPD


Цель – достичь к 2010 г. параметров, необходимых для реализации проекта NICA: ускорение тяжелых ионовс А~200, интенсивностью пучков ~ 108 ч/цикл, частотойповторения 0.2-0.4 Гц, при энергии ~ 3.5 ГэВ/н

разработка новой инжекционной системы

модернизация RF системы, систем диагностики и управления пучками

усовершенствование вакуумной системы

усовершенствование систем электро- и крио-питания

развитие минимально необходимой инфраструктуры

I этап: Развитие Нуклотрона (Нуклотрон-М)


Новый источник КРИОН-6Т

Модернизация системы питания

Модернизация ВЧ системы

Модернизация вакуумной системы

Модернизация криогеники

Системы управления и диагностика

Каналы вывода

Радиационная защита

Наладочные и тестовые работы. Регулярные сеансы.

Каждый сеанс – очередной этапПроектирование и работы по новым: линаку,

бустеру,ВЧ-станциям, поляризованному источнику.

Ремонтно-строительные работы

ВСЕГО (2007-2010): материалы и оборудование: …… k$

оплата работ + договора: …… k$


Новый инжекционный комплекс: новый источник (KRION) - разрабатываетсясовершенствование ВЧ системы – начаты работыновый ЛИНАК – контракт с ИФВЭ на стадии

подписания Вакуумная система -оборудование частично поставлено Система питания и управления основных магнитов

- первый блок на этапе отладки Модернизация диагностики пучков - идут работы

R&D - приоритетная задача плановых сеансов на Нуклотроне

Этот этап должен быть завершен к 2010 г.

Статус работ по этапу I проекта NICA (Нуклотрон-М)

Проведение круглых столов с участием экспертов из мировых центров (Болгария, Польша, Россия, Украина, ЦЕРН, Германия, США, Япония)

Сотрудничество с российскими центрами ИФВЭ, ИЯИ РАН, ИЯФ СО РАН


Структурные и административные реформыСоздано Ускорительное Отделение

ЛВЭ (июль 2007 г.)

- Состав отделения: 8 отделов, всего около 350 чел. – ускорительные подразделения ЛВЭ (~220) и ЛФЧ (~ 70), инженерные службы площадки (~ 60);

- «Молодое руководство»:- Начальник отделения – 31, два заместителя у начальника отделения 33 и 40, молодые начальники 2 технологических отделов;

- Курс на обновление кадров (контакты с МИФИ, УНЦ, Томск), возвращение иностранных контрактников и оптимизация состава – сокращение тех.персонала по мере введения АС;

- ЛФЧ (те, кто работают на CLIC, ИРЕН, ЛИНАК-800, ILC) – в помощь на НИКА.

Создан центр NICA: (июнь 2007)

- группа по ускорительному комплексу- группа по разработке детектора- группа по разработке компьютинга- группа по развитию инфраструктуры

Общая численность: около 45 чел.из них по NICA + инфр. – 25 чел.по MPD + физики - 20 чел.

Всесторонняя поддержка дирекции, УС и КПП ОИЯИ в плане:дополнительного финансирования, укомплектования оборудованием, административного ресурса, рекламы проекта во вне, создания коллабораций в РФ и СНГ


Стратегический план развития ускорительного комплекса ОИЯИ в области ФВЭ + адекватная научная программа. Приоритетная задача - проект NICA/MPD

Реализация I этапа этого проекта (2008 – 2010) имеет принципиально важное значение для критической оценки предложенного стратегического плана развития ускорительного комплекса ОИЯИ

Заключение


Программа физических исследований на Нуклотроне скоординирована с планом развития ускорительного комплекса на I-м этапе (Нуклотрон-М)

Организация российского и международного сотрудничества, привлечение внешних ресурсов – одно из необходимых условий успешного осуществления проекта

Ведется работа с ассоциацией Гельмгольц, GSI, и др. центрами по объединению усилий для создания ускорительных комплексов NICA и FAIR и совместным проведением на них актуальных физических исследований

Плодотворное начало положено – сотрудничество с ИФВЭ (Протвино) стартовало с реализации конкретной задачи – проектирование инжектора


Thank you for your attention !

Documents

Международная научная программа ОИЯИ по физике высоких энергий Цель и место проекта NICA / MPD