- Nuclotron
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Das Nuclotron ist ein supraleitender Synchrotron-Teilchenbeschleuniger mit 251,5 m Umfang am Vereinigten Institut für Kernforschung in Dubna.
Inhaltsverzeichnis
Geschichte
Im Jahr 1973 wurde ein erster Vorschlag zum Bau eines supraleitenden 20 GeV-Synchrotrons vorgetragen, Ziel war der Ersatz des Synchrophasotrons. In den folgenden Jahren wurden Versuche mit verschiedenen supraleitenden Magneten unternommen. Infolge eines knappen finanziellen Budgets wurden die Magnete für eine maximale Protonenenergie von 6 GeV ausgelegt. Der Plan wurde im Dezember 1986 genehmigt. Als Versuchsanlage für ein Synchrotron in der neuen Bauweise mit supraleitenden Magneten wurde ein 1,5 GeV-Synchrotron mit dem Namen "SPIN" errichtet. [1]
Das Nuclotron wurde in den Jahren 1987 bis 1992 in einem Tunnel 3,7 m unterhalb des Synchrophasotrons errichtet. Im März 1992 ging das Nuclotron erstmalig in Betrieb, erste physikalische Experimente mit einem eingebauten Target wurden im Jahr 1994 durchgeführt. Ein gemeinsamer Vorbeschleuniger versorgte das Synchrophasotron und das Nuclotron.[2][1]
Im Jahr 1999 wurde das Nuclotron mit einer Strahl-Extraktionseinheit erweitert, sodass ab März 2000 Experimente außerhalb des Rings möglich wurden.[3][4][5]
Zur Steigerung der Strahlintensität um den Faktor 10-15 laufen seit dem Jahr 1996 Planungen zum Bau eines Boosters.[6][7][5]
Der Betrieb des Nuclotrons wird hauptsächlich durch finanzielle Engpässe eingeschränkt.[5]
Technik
Im Nuclotron wurden Ionen bis zu einer Energie von 4,2 GeV pro Nukleon beschleunigt. Die maximale ausgekoppelte Teilchenenergie betrug 2,2 GeV.[5]
Der Querschnitt des Strahlrohrs beträgt 110x55 mm.[1]
Die Elektromagnete des Nuclotrons besitzen einen Eisenkern, der sich komplett innerhalb des Kryostaten befindet. Die Spulen bestehen aus Niob-Titan-Leitungen, bei der maximalen Flussdichte der Dipolmagnete von 2 Tesla fließt durch die in Serie geschalteten Magnete ein Strom von 6300 Ampere. Die Induktivität der Spulen und damit die in den Magneten gespeicherte Energie ist relativ gering, wodurch schnelle Magnetfeldänderungen von bis zu 4 T/s möglich sind. Die relativ geringe Feldstärke der Magnete erleichterte deren Herstellung.[1]
Das Nuclotron selbst nutzt supraleitenden Magnete, die Magnete an den Transferleitungen zu den Experiemtierplätzen sind jedoch normalleitend, sie benötigen etwa die Hälfte des Energiebedarfs der Anlage. Daher gibt es Überlegungen, auch diese Magnete durch supraleitende Modelle zu ersetzen.[5]
Zur Kühlung der Supraleiter wird ein Kühlsystem mit einem geschlossenen Helium-Kreislauf eingesetzt, zusätzlich werden allerdings größere Mengen Flüssigstickstoff benötigt. Zu Beginn des Betriebs war ein kontinuierlicher Betrieb des Nuclotrons nur so lange möglich, wie die Vorräte an Flüssigstickstoff reichten, es wurden täglich zwischen 12 und 15 Tonnen an Flüssigstickstoff verbraucht. Erst nach einem Umbau der Helium-Kühlsysteme konnte der Verbrauch so gesenkt werden, dass die Produktionskapazitäten des Instituts für einen Dauerbetrieb ausreichen. Die Abkühlung des Nuclotrons auf die zum Betrieb der supraleitenden Magnete nötige Temperatur von 4,5 Kelvin dauert etwa 100 Stunden.[3]
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ a b c d A.D.Kovalenko (1994): Nuclotron: First Beams and Experiments at the superconducting synchrotron in Dubna (English). Laboratory of High Energies, Joint Institute for Nuclear Research. Abgerufen am 22. Dez. 2009.
- ↑ I.B. Issinsky et al.: Beams of the Dubna Synchrophasotron and Nuclotron. In: Acta Physica Polonica B. 25, Nr. 3-4, 1994, S. 673-680.
- ↑ a b A.D.Kovalenko, JINR, Dubna: Nuclotron: Status & Future (English). Abgerufen am 2000.
- ↑ New prospects for the Dubna Nuclotron (English). Cerncourier (24. Mai 2000). Abgerufen am 22. Dez. 2009.
- ↑ a b c d e N.N.Agapov et al.: Status of the Nuclotron, Main Results and Perspectives (English). JINR, Dubna. Abgerufen am 22. Dez. 2009.
- ↑ V. Anguelov, D. Dinev: Simulations of the Multiturn Injection Into Nuclotron Booster. In: Bulgarian Journal of Physics. 23, Nr. 3-4, 7. März 1996, S. 97-103.
- ↑ N. N. Agapov et al.: Rapid Cycling Superconducting Booster Synchrotron. In: Bulgarian Journal of Physics. 28, Nr. 3-4, 2001, S. 112-119.
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