Ó³ Ÿ , º 7(205) Ä1486 ˆ ˆŠ ˆ ˆŠ Š ˆ. . ³ μ 1, ƒ. μ μë,. μ,. ŠÊ² ±μ,. Œ ² μ ± Ñ Ò É ÉÊÉ Ö ÒÌ ² μ, Ê

Transcript

1 Ó³ Ÿ , º 7(05).. 479Ä486 ˆ ˆŠ ˆ ˆŠ Š ˆ Š ˆŒ œ ˆ ˆ - Š Ÿ ˆ Œ Š ƒ ˆŸ. ³ μ, ƒ. μ μë,. μ,. ŠÊ² ±μ,. Œ ² μ ± Ñ Ò É ÉÊÉ Ö ÒÌ ² μ, Ê μ ±É NICA ±²ÕÎ É Ö É ³Ê Ô² ±É μ μ μ μì² Ö Êαμ Ö ÒÌ Î É Í μ μ² μ Ô μ μ 4,5 ƒô / ʱ²μ. ²Ö μ É Ö μ Ìμ ³μ μ ³ μì² Ö μ μ μ μ ÉÓ ³ É μ μ μ²ö ±Í μì² Ö μ² ÒÉÓ μ ± ³ 0 5 ² - μ² μ É ³Ò μì² Ö μ Ö ± 6 ³. ±μ Éμ ³μ ÉÓ É ±μ μ μ² μ μî Ó Ò μ± - ²μ μ É ÌÉμÎ μ ³μɱ. ˆ μ²ó μ Ì μ μ ÖÐ μ Ô± ³μ ²μ Ò μ³μîó Ï ÉÓ ÔÉÊ μ ² ³Ê. μ É ÉÓ É ² Ò Ê²ÓÉ ÉÒ Ô± ³ É ²Ó μ μ ² μ Ö μéμé Ô±, μéμ ² μ μ Ò μ±μé ³ ÉÊ ÒÌ Ì μ μ ÖÐ Ì ² É. ˆ ³ Ö Ò μ² Ö² Ó ² Î ÒÌ ± É Í μ ÒÌ Ô± ²Ê É Í μ ÒÌ Ê ²μ ÖÌ. Ëμ ³Ê² μ Ò μ μ Ò É μ Ö, ÑÖ ²Ö ³Ò ± ³ É ³ É ±μ μ Ô± μ² μ. NICA project involves to use the electron cooling system of charged particles beams up to energy 4.5 GeV/u. For the achievement of the necessary cooling time the magnetic ˇeld homogeneity has to be at least 0 5, with the length of the cooling system solenoid of about 6 m. However, it is very expensive due to the complexity of the precision winding. Applying of a superconductor shield could help to solve this problem. The experimental research of the shield made from high temperature superconductor tapes is presented in this paper. Measurements of the shield prototype were carried out under different quasi-stationary operating conditions. The requirements for the HTS shield and solenoid parameters are formulated. PACS: 9.0.-c ˆ μ²êî ³ É μ μ μ²ö Ò μ±μ μ μ μ μ É Ö ²Ö É Ö μ μ Ò³ É μ ³ μ É ³Ò Ô² ±É μ μ μ μì² Ö Êαμ Ö ÒÌ Î É Í ±μ²² - NICA [, ]. ±É Ò³ ² ³ Ï Ö ÔÉμ μ ² ³Ò É ²Ö É Ö μ Ò μ±μμ μ μ ÒÌ μ² μ³μðóõ ³± ÊÉÒÌ Ì μ μ ÖÐ Ì Ô± μ. É ³ Ô² ±É μ μ μ μì² Ö μ² É Ö μ²ó μ ÉÓ Ô±, Ò μ² Ò Ò μ±μé ³ ÉÊ μ μ Ì μ μ ± ( ) Éμ μ μ μ±μ² Ö μì² ³Ò μ μî É ³ ÉÊ Ò 77 Š μ³μð ±μ μ μé. smirnov@jinr.ru

2 480 ³ μ A.. ²Ö ² μ Ö ³μ É Ö μéö μ μ -Ô± μ μ μ Ò³ ³ - É Ò³ μ² ³ Ò² μéμ ² μéμé ² μ 44 ³³. ± Î É μ μ μ Ô² ³ É ±μ É Ê±Í μ²ó μ ² Ó ² É -G (Y)BCO ±μ³ SuperPower, Ï - μ ³³ Éμ²Ð μ 50 ³±³. ± É Î ± Éμ± Å μ 340 (3 0 6 / ³ ), μ² μ² μ μ ³ Î Ö μ μ ² ÉÒ μ Ö ± 50 ƒ. ÊÎ Éμ³ μ μ μ É Ì μ- μ ÖÐ ± ³ ± ² μ μ² Ö É Ì μ²μ Ö ³μɱ Ô±, ±μ -² É Ê±² Ò É Ö μ²ó μ ÊÕÐ ± ± [3]. Í ²Ó μ ²Ö μ Ö Ô± ³ Éμ μéμ ² É, ±²ÕÎ ÕÐ ± μ É É, μ² μ μ μ μ μ μ²ö É ³Ê É Í ³ É μ μ μ²ö ³ Ì ³μ³ μ²ê- Éμ³ É Î ±μ μ ³ Ð Ö ÉÎ ±μ μ²² μ ² Ô±. É ³ É Í μ μ²ö É Ë ± μ ÉÓ μ μ ³ μ ±μ³ μ ÉÒ μ²ö: μ μ²ó ÊÕ B z μ ³ - É μ É ³Ò ²Ó ÊÕ B ρ ÊÉ μ Ì μ É Ô±. μ μé μ ±μ É Ê±Í Ö -Ô±, ³ Éμ ± ³. ± - ³ ÉÒ μ μ ² Ó Ó μ Ï μ μ²ö μ² μ μé ƒ μ,3 ±ƒ, Ò- ³ É μ μ ² Ö ÉμÎ μ ³μɱ μ² μ Ô± ±²ÕÎ ³ μ μ² É ²Ó μ ± ÉÊϱ. ˆ ³ Ö μ ÊÐ É ² Ò Ê³Ö μ μ ³, Ò μ² μí ± Ì ÉμÎ μ É.. Š ˆŒ œ ˆ Œ ˆŠ ˆ Œ ˆ É ( ± μ É É ), ±μéμ μ³ μ μ ² Ó ³ Ö, É ².. μ² μ μ μ μ μ μ²ö ² μ 49 ³³ ³ É μ³ ÉÊ Ò 68 ³³ É ³ μ μ μ μ Î ³ ø,5 ³³ Õ ² Ò ± ± Ï ³ ³ É μ³ 80 ³³. μ² μ³ É Î ±μ³ Í É μ² μ B z (0) = 3 ƒ /. Соленоид ВТСП-экран Дополнительная катушка D-зонд магнитного поля É ²Ö ² μ Ö -Ô±

3 ± ³ É ²Ó μ ² μ -Ô± Hall sensor for B z 56 Hall sensor to measure B r.. É ²Ó D- μ É ³Ò É Í ³ É ÒÌ μ². 3. Î Ö μ² Ö ³μɱ -Ô± ²Ö ³ É Í ÉμÎ Î ÒÌ μï μ± ³μɱ μ² μ ² μ ²μ μ²ö ³ Ê ±Í Ö- ³ μ² μ μ [, 4] μ²ó μ ² Ó Ê ± Ö μ μ² É ²Ó Ö ± ÉÊϱ, μ²μ Ö μ Í É Ê μ μ Ì μ É. Š ÉÊϱ μμ μ μ Ò³ μ² μ μ³ μ É μ μ²ó μ μ² μ Ö ±,5 ƒ. É ³ ³ Ö ±²ÕÎ É Ö μ ³ É μ μ μ²ö Ê³Ö ³ μ- - ±Ê²Ö Ò³ ÉÎ ± ³ μ²² , μ²μ Ò³ Í ²Ó μ³ É ² (. ), É ³Ê ³ Ð Ö μ, μ ÉμÖÐÊÕ Ï μ μ μ Ô² ±É μ É ²Ö - ÉÊ Ò Ê ² Ö É ² ³, É ³Ê É Í. É ³ É Í É ²Ö É μ μ Í μ ÒÌ μ²óé³ É Keythley 000, ±μéμ Ò μ ÉÊ ÕÉ ²μ μ Ò ²Ò μ É μ ÉÎ ±μ, Š, Ö Ò μ²óé³ É ³ Î É Ë RS3. Œ É Ö É ³ Í ² ±μ³ Ìμ É Ö ± μ É É μ É Ö É ³- ÉÊ ±μ μ μé. ˆ ² Ê ³Ò Ô± É ²Ö É μ μ 490-³³ É Ê Ê ³ É μ É ² 8 9, Ï ³ ³ É μ³ 59 ³³, μ²ó ±μéμ μ ʲμ Ò Ì μ μ ÖÐ ² ÉÒ (Y)BCO ̲ É, ² μ 44 ³³ ± Ö ( Ì ³ É Î μ ³μɱ μ±. 3), Î ÉÒ ²μÖ. Î Ò ²μ ±² Ò ² Ó μ μ³ ±Ê ±μ μé ²μÖ ± ²μÕ, Ò³ μ²μ Ï Ò ² ÉÒ, μ ÊÖ Î ÍÊ. ÌÊ Ô± μ É ³Ö ²μÖ³ É ±²μɱ. Œ Éμ ± ³ ±²ÕÎ É Ö μì² μ² μ Ô± μ³ μ 77 Š ʲ μ³ ³ É μ³ μ² μ ² ÊÕÐ ³ ² μ³ μ Ñ ³ Éμ± μ² μ μ μ Ìμ- ³μ μ Î Ö. ˆ ³ Ö μìμ ÖÉ μ ² μ É ²Ó μ Å ³ ²ÒÌ Î μ²ö μ ³ ± ³ ²Ó μ μ ³μ ÒÌ ( ³μ É μé Î Ô± ³ É ). μ μ μ²ó μ ±μμ É 0 ³³.

4 48 ³ μ A... œ ˆ Œ ˆ ˆ ² μ ± ÒÌ ÔËË ±Éμ. μ Ò Ò μí μî Ò ³ Ö ³ É- ÒÌ μ² Ô± Ê ³μ μ ² É ³μ É μé ² Î Ò μ²ö μ μ μ μ μ² μ. ³ Ò ±μ³ μ ÉÒ μ²ö ÕÉ μ ³μ μ ÉÓ μ ² ÉÓ Ê μ² ±²μ ² μ²ö ± μ μ²ó μ μ ³ É μ É ³Ò. Î μ, ÔÉμÉ Ê μ² É Ö Ò ³ [5] θ B r /B z. () Š ± μ Ë ±μ (. 4 5), μéμé Ô± Ìμ μïμ μ ² ²Ö É ²Ó ÊÕ μ É ²ÖÕÐÊÕ Í É ²Ó ÒÌ μ ² ÉÖÌ μ Ê ± É ± ÖÌ, ÎÉμ μ ² Ê É Ö Ê²ÓÉ É ³, μ²êî Ò³ ³ ²ÒÌ -Ô± Ì μéò [3]. ÉÒ Ì ²μ Ò Ô± μ ±μ É Ê±Í É ²Ó μ μì Ö É μéμ μ μ μ ÉÓ ²Ó μ³ μ² μ 0 ƒ ² Î μ μ²ó μ ±μ³ μ ÉÒ B z μ 800 ƒ Magnetic field B r G Distance from the shield center, cm. 4. μ ± μ ²Ó μ ±μ³ μ ÉÒ μ²ö Î -Ô± ² Î ÒÌ Éμ± Ì μ² μ : Å Ô± 0 A; Ô± μ³ : 6 A (); 7 A (3); 8 A (4); 0 A (5) Angle rad Distance from the shield center, cm. 5. μ² ³ Ê ²μ Ò³ ² Ö³ μ²ö μ μ²ó μ μ ÓÕ ³ É μ É ³Ò: Å Ô± 0 A; Ô± μ³ : 6 A (); 8 A (3); 0 A (4) 3 4

5 ± ³ É ²Ó μ ² μ -Ô± 483 ˆ³ É Í Ö μï μ± ³μɱ μ² μ. μî Î Ö μï ± ³μɱ μ² μ ³ - É μ ² Ó ±²ÕÎ ³ μ μ² É ²Ó μ ± ÉÊϱ. ² Î ±μôëë Í É μï ± EF (Error Factor) μ μ Í μ ²Ó μé μï Õ Éμ±μ ± ÉÊϱ μ² μ : EF I ± É /I 0, () I ± É, I 0 Å Éμ± Î μ μ² É ²Ó ÊÕ ± ÉÊÏ±Ê μ² μ μμé É É μ. μ ±μ²ó±ê -² É μ μ É ³μ³Ê ³ Î Õ, Í ²ÓÕ - ±²ÕÎ Ö ² Ö Ö μ É ÉμÎ ÒÌ ³ É ÒÌ μ² Ê²ÓÉ É ± μ ³ μ μ³ Î ±μôëë Í É μï ± μ μ ²μ Ó Î μé ² Ô±. ʲÓÉ ÉÒ É ² Ò Š ± μ Ë ±μ, Ô± ³ É μ ² - É μ ² μ²ö Í É. ±μ ³ B ρ -±μ³ μ ÉÒ ÒÐ μ μ ² É 740 Magnetic field B z, G Distance from the solenoid center, cm. 6. μ μ²ó Ö ±μ³ μ É ³ É μ μ μ²ö EF =0 μ μ μ³ μ² 760 ƒ : Å Ô± ; Å Ô± μ³ Magnetic field B z, G Distance from the solenoid center, cm. 7. μ μ²ó Ö ±μ³ μ É ³ É μ μ μ²ö EF =0 μ μ μ³ μ² 760 ƒ : Å Ô± ; Å Ô± μ³

6 484 ³ μ A.. 0 Magnetic field B r, G Applied field B r G. 8. ² Ö ³ ²μ μ ÉμÎ Î μ μ μ ³ÊÐ Ö ³ É μ μ μ²ö Ô± : Å μ² Ô± ; Å Î ÉÒ Ì ²μ Ò Ô± ; 3 Å μ μ ²μ Ò Ô± Field i ns i de, G Number of layers N. 9. ² ² ²Ó μ ±μ³ μ ÉÒ Ï μ μ²ö Ô± μ³ ³μ É μé Î ² ²μ Ô± μ± ²μ, ÎÉμ μ± μ É ÊÉ μ Ìμ ³ Ö ÉμÎ μ ÉÓ. μôéμ³ê ²Ö ±²ÕÎ Ö μï ±, Ò μ ³ Ð ³ μ μ μ ³ É μ É ³Ò, ²μ Ô± - ³ É, ±μéμ μ³ ³ É ²Ó Ò μ μ É É Ö μ Ò³ É ÊÕÐ ±μμ É, ³ Ö É Ö ³μ μ². ± ³ É μ ÉμÖ² ² ÊÕÐ ³. μ Ë ± μ ² Ö É ±, ÎÉμ Ò ÉÎ ± μ²² μ² ² Ó μé ± Ö μ μ² É ²Ó μ ± ÉÊϱ. ± μì² ² Ö μ 77 Š ʲ μ³ ³ É μ³ μ² ( Ê μ μ²ö ³² ). É ³ Ò±²ÕÎ μ³ μ μ μ³ μ² μ μ² ² μ μ ²μ Ó ± ÉÊÏ±Ê Ë ± μ ² Ó μ± Ö μ. ˆ ³ - Õ Ò² μ ÊÉ μ μ ²μ Ò μéμé -Ô±, μ ² Ê ² Î Ö ±μ² - Î É ²μ μ Î ÉÒ Ì Ò ³ Ö Ò² μ Éμ Ò. ʲÓÉ ÉÒ É ² Ò. 8, 9. ˆ Ë ±μ μ ( ³.. 8), ÎÉμ ³ ²ÒÌ μ²öì ( ² ± Ì μé ÒÐ Ö) μ² ÊÉ Ô± ³ Ö É Ö ² μ Ï ³ μ² ³ ±μ² Î É μ³ ²μ ( ³.. 9). ±, Î ÉÒ Ì ²μ Ò Ô± μ ² ²Ö É ²Ó ÊÕ ±μ³ μ ÉÊ Í É μ² μ μîé μ Ö μ±.

7 ± ³ É ²Ó μ ² μ -Ô± 485 μ, ÎÉμ Ò μ É ÎÓ É Ê ³μ μ μ μ μ É ³ É μ μ μ²ö 0 5 μ² μ, μéμ ² μ³ ÉμÎ μ ÉÓÕ 0 4 ( μ³ ²Ó μ³ μ² ±ƒ ÔÉμ μμé É É Ê É μï ± 0, ƒ ), ² Ê É μ²ó μ ÉÓ Î ÉÒ Ì ²μ Ò -Ô± μ ±μ É Ê±Í ( ³.. 9). Œμ μ μ²μ ÉÓ, ÎÉμ ²Ö μ² μ ÉμÎ μ ÉÓÕ ³μɱ 0 3 μ- É Ê É Ö Ô±, μ Ð 0 ²μ -² ÉÒ. Í ± μ Ï μ É ³ Éμ ± ³ Ö. μ Ï μ É ³ Ö ² Ò³ μ - μ³ Ö Ò ±μ² Ö³ μ - ²ÕËÉμ ³ Ê É ² ³ É ± ³ Ô±. ÕËÉ 0,5 ³³ ² Ò 55 ³³ ( ³.. ) Ò Ò É ²Ó Ò Ê μ² ±²μ ϕ μ Ö ± 0. Š ± ² Ê É. 0, ±²μ É ±μ Ê μ² μ μ±μ³ μ É Ò ÉÎ ± μ²² É μ É Ö ÎÊ É É ²Ó Ò³ ±μ Éμ μ ±μ³ μ É μ²ö. ÔÉμ³ ²ÊÎ, ² ÉÎ ± ²Ó Ò, μ μ μ μ± É ± ÊÕ ±μ³ μ ÉÊ ² μ μ²ó Ò, Éμ μ μ ±μ³ μ ÉÊ B = B z sin ϕ + B r cos ϕ, (3) B = B r sin ϕ + B z cos ϕ, (4) B z, B r Å ²Ó Ò μ μ²ó Ö ²Ó Ö ±μ³ μ ÉÒ ³ É μ μ μ²ö μμé É- É μ. Ò μ² μ É μ μ μ, μ²êî ³ Ö ²Ó ÒÌ ± ÒÌ ² Î : B ρ = B sin ϕ + B cos ϕ, (5) B z = B cos ϕ B sin ϕ. (6) ˆÉμ μ Ö ² Î μ Ï μ É ΔB μ²ö, μ Ê ²μ ² Ö Ê ²μ Ò³ ³ Ð ³ μ ³ ²Ò Ê μ² ϕ, É Ö Ò Ö³ ΔB r B Δϕ, (7) ΔB z B Δϕ. (8) ²Ö Ê ² ±²μ ³ É ÒÌ ²μ ÒÌ ² ± μ μ²ó μ μ () μ Ï μ ÉÓ μ É ²Ö É Δθ Δϕ + (tg θ). (9) B r B B B z. 0. ±²μ ÎÊ É É ²Ó μ μ Ò ÉÎ ± μ²² ± ³ É μ μ É ³Ò

8 486 ³ μ A.. ΔB r,ƒ / ΔB z,ƒ / Δθ,,0 0,0 0,0 ³ Ö μ ² μ ÉÓ Ê ² Δϕ μ ²Ó μ³ê Ê ²Ê ±²μ, μ²êî ³ ³ ± ³ ²Ó ÊÕ μí ±Ê μ Ï μ É ³ ÒÌ ² Î ( ³. É ² ÍÊ). ± ³ μ μ³, ÉμÎ μ ÉÓ ³ Éμ ± Ìμ É Ö ² Ì 0. μ Ï μ ÉÓ ³ - μ Ò³ μ μ³ μ ²Ö É Ö, ÊÕ μî Ó, É ²Ó μ ÉÓÕ ÉμÎ ±μ É Ö, μ Ï μ ÉÓÕ Ê²Ö ÉÎ ±μ μ²² ÒÏ É 0 3. Š ˆ Ò ³ Ö μ É ² μéμ μ μ μ ÉÓ μéμé -Ô± ²μ- μ ±μ É Ê±Í. ÉÒ Ì ²μ Ò Ô± É ²Ó μ μé É ²Ó μ³ μ² μ 0 ƒ ² Î μ μ²ó μ ±μ³ μ ÉÒ B z μ 800 ƒ. μ² É Ö, ÎÉμ Ô± ³ É ²Ó ÊÕ Ëμ ³Ê, ÉμÎ μ ÉÓ μ μéμ ² Ö μ± Ìμ É ³ É ³ÊÕ ÎÊ. Ï ± ³ Ö Ò ² Ò³ μ μ³ Ê ²μ Ò³ ±μ² Ö³ ÉÎ ±μ μ²² ² É ³ Ð Ö μ. μî μ ÉÓ ³ Ö μ É ² μ Ö ± %. ²Ö ³ ³ Í μï μ± ²μ ³ Éμ ±, ±μ μ μ É É Ö μ Ò³ Ó - Ê É Ö Éμ²Ó±μ Ï μ². Ò ³ Ö μ± ² ² ÊÕ ³μ ÉÓ μ ² - ² Ö ±μ³ μ ÉÒ ²Ó μ μ μ²ö μé ±μ² Î É ²μ Ô±. É μ ² μ, ÎÉμ ²μ -² ÉÒ Ê³ ÓÏ É ²Ó ÊÕ ±μ³ μ ÉÊ μ²ö μ² μ, ; 4 ²μÖ Å 0. ² ÊÕÐ Ì ÔÉ Ì ² μ Ö μéμé μ Ìμ ³μ μ²ó μ ÉÓ ³ Éμ Ò - ³ Ö μ μ μ μ É μ²ö Ê μ 0 5 Ä0 6. ±ÊÕ ÉμÎ μ ÉÓ ³μ É ÉÓ, ³, ³ Éμμ É Î ± ³ Éμ ³ Ö μ μ μ μ É μ², ²μ Ò ±μ²² ³ ˆ É ÉÊÉ Ö μ Ë ± ³. ƒ. ˆ. Ê ± [6]. ² μ μ É. Éμ ± ±μ²² ±É Ò É ² μ μ ÉÓ Š. Šμ ²μ ±μ³ê μ- ³μÐÓ μ μéμ ± μ Ô± ³ Éμ, É ± É μ ± ³ É ²Ó μ μ μ μ Ê μ Ö. ˆ Š ˆ. Ahmanova E. et al. // Proc. COOL'09 Workshop on Beam Cooling and Related Topics, Lanzhou, China, Aug. 3 Ä Sept. 4, 009. P. 6.. Sidorin A. O. et al. // Nucl. Instr. Meth. A V P. 35Ä Kulikov E. et al. Improving Homogeneity of the Magnetic Field by a High-Temperature Superconducting Shield // J. Phys. Conf. Ser. 04. V P Agapov N. N. et al. // Phys. Part. Nucl. Lett. 0. V. 9. P. 4Ä Kulikov E. Superconducting Unclosed Shields in High Energy Physics Bocharov V. N. et al. // Instr. Exp. Techn V. 48, No. 6. P. 77.