Модернизация синхроциклотрона в фазотрон 1967–1984 гг.

Предвидя это, дирекция ЛЯП уже в 1959 году создала Отдел по разработке новых высокоинтенсивных ускорителей на энергии около 1 ГэВ во главе с  В. П. Дмитриевским. Силами этого отдела совместно с ленинградским НИИ электрофизической аппаратуры (НИИЭФА) под общим руководством В. П. Джелепова, В. П. Дмитриевского и Л. М. Онищенко к 1967 году был создан проект нового ускорителя — сильноточного фазотрона со спиральной вариацией магнитного поля на энергию протонов 680 МэВ (проект “Ф”).

Таким образом синхроциклотрон был реконструирован в новый ускоритель — фазотрон. Сооружение и наладка фазотрона были закончены в 1984 году и летом осуществлен физический пуск. Максимальный ток внутреннего пучка был увеличен в 4 раза, интенсивность выведенного пучка — в 20 раз. При сооружении фазотрона для размещения физической аппаратуры, измерительного центра, комплекса ЯСНАПП-2 с сепаратором ионов и лаборатории для экспериментов, требующих низкого фона посторонних излучений, были построены новые павильоны и здания.

В 1995 году главный инженер Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ Л. М. Онищенко сформулировал основные результаты работы фазотрона ЛЯП:

«1. Впервые создан действующий фазотрон с пространственной вариацией магнитного поля.

2. В фазотроне впервые реализован “бамповый режим”, обеспечивший существенное снижение требований на незеркальность магнитного поля и тем самым саму возможность реализации такого ускорителя.

3. Разработана и реализована ускоряющая система фазотрона с рекордным ускоряющим напряжением 40 кВ; модуляция частоты ускоряющего напряжения осуществляется вариатором с высокой степенью надежности; профиль лопаток вариатора обеспечивает увеличенный рабочий ход — до 70% периода модуляции; резонансная система фазотрона, несмотря на ее огромные размеры — 7,5 м в длину, 6 м в ширину — свободна от паразитных объемных колебаний благодаря применению в дуанте продольной щели.

4. Для растяжки пучка использована простая схема получения диапазона частот, обеспечивающая широкие возможности для формирования закона изменения частоты. Параметры системы растяжки близки к лучшим достижениям в этой области — эффективность 80%, длительность растянутого пучка — 85% периода модуляции при менее чем 20% неравномерности интенсивности пучка.

Впервые в фазотроне для растяжки использован режим фазового смещения и показана перспективность его использования. Также впервые осуществлен синхроциклотронный режим растяжки с близкой к нулю производной частоты ускоряющего напряжения.

5. Осуществлен высокоэффективный (более 50\) вывод пучка. Предложена схема использования в системе вывода электростатического дефлектора, позволяющая увеличить коэффициент вывода до 80% и более. Разработана конструкция дефлектора и проведены высоковольтные испытания макета этой конструкции.

6. Разработаны разнообразные методики и приборы для диагностики пучка, в частности, методики измерения равновесной фазы, амплитуд радиальных колебаний, вторично-эмиссионные датчики и др. Применение разработанных средств диагностики обеспечило тщательное экспериментальное исследование динамики пучка и на этой основе оптимизацию процессов ускорения, растяжки и вывода пучка.

7. Создана одна из первых в СССР автоматическая система дозиметрического контроля, существенно упростившая и повысившая надежность процесса контроля радиационной обстановки в экспериментальных залах комплекса ускорителя.

8. Надежная работа фазотрона в течение последних 9 лет обеспечила проведение разнообразных исследований на его пучках в области физики частиц, ядерной физики, физики твердого тела, биологии и медицины учеными Объединенного института ядерных исследований и ряда институтов России».

В. М. Халин, начальник Электротехнологического отдела ЛЯП ОИЯИ: «Физические исследования проводились на выведенных протонных пучках. На фазотроне было реализовано 10 каналов пучков, которые использовались для экспериментов с пи-мезонами, мюонами, нейтронами и протонами. Пять вторичных пучков — для медицинских исследований, главным образом по терапии онкологических заболеваний.

Основные направления исследований на фазотроне:

- ядерная спектроскопия на комплексе ЯСНАПП;
- исследования мю-катализа;
- изучение редких распадов частиц;
- изучение свойств конденсированных сред µSR-методом;
- медико-биологические исследования

Введение в строй дубненского синхроциклотрона, способного ускорять частицы до рекордных по тем временам энергий, а затем его модификация и проведение уникальных физических исследований — все это заложило прочный фундамент Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований. <...>

К основным достижениям на установке Фазотрон можно отнести следующие:

1. Нуклон-нуклонные взаимодействия.

2. Взаимодействие пи-мезонов с нуклонами и ядрами. Редкие процессы.

3. Исследования процессов с участием отрицательного мюона.

4. Развитие ускорительной техники.

5. Получение и использование пучков тяжелых ядерных частиц в медицине.

6. Биофизические исследования, проводимые в ЛЯП.

7. Ядерная спектроскопия и радиохимия».

Сейчас дубненский фазотрон остановлен. Легендарный первый ускоритель Дубны проработал без малого 74 года, став инструментом для уникальных исследований и экспериментов нескольких поколений дубненских физиков и установкой, вокруг которой выросла Лаборатория ядерных проблем ОИЯИ. «Ради этих результатов стоило строить ускоритель» (академик И. Я. Померанчук).

Источники:

https://www.google.com/url?q=http://www1.jinr.ru/Books/Sinchrociklotron.pdf&sa=D&source=docs&ust=1725609781212320&usg=AOvVaw2JgjlqY89kAFlMqUDCqpN3

https://indico.jinr.ru/event/89/contributions/7708/attachments/5907/7605/Khalin.pdf