High intensity proton beam dynamics simulation in the initial part of ADS LINAC

Abstract

One of the most important scientific and technical challenges is the design and development of a new type power reactor, which has a higher nuclear safety. At present several projects related to the so-called hybrid (subcritical) reactors, based on high power proton accelerators, are realized worldwide. Accelerator-driver, as a part of hybrid system (ADS), must meet a number of requirements, among which small losses of the accelerated particles. To fulfill this requirement, it is necessary to ensure small beam emittance at the injector output, exact alignment and work stability of all accelerator parts, a careful study of the beam halo formation and envelope control. On the basis of the developed beam envelope control method main parameters of the linear accelerator-driver initial part which provide high acceleration rate under small particle losses are chosen. Numerical simulation of self-consistent high intensity proton beam dynamics in the initial part of the accelerator-driver is performed.

Одним з актуальних науково-технічних завдань є розробка і створення нового типу енергетичного реактора, що має підвищену ядерну безпеку. В даний час у світі реалізується кілька проектів, пов'язаних з так званими гібридними (підкритичними) реакторами, що будуються на базі протонних прискорювачів великої потужності. До прискорювача-драйвера протонних пучків, що входить до складу гібридної системи, пред'являється ряд досить жорстких вимог, серед яких забезпечення щонайменших втрат прискорених частинок. Для виконання цієї вимоги необхідно забезпечити мале значення еміттансу пучка на виході інжектора, точне узгодження і стабільність роботи всіх частин прискорювача, ретельне дослідження утворення ореола пучка і контроль його огинаючої. У цій роботі на підставі розробленого методу контролю за огинаючою пучка вибираються основні параметри початкової частини лінійного прискорювача-драйвера, що забезпечують високий темп прискорення за малих втрат частинок. Проводиться чисельне моделювання самоузгодженого потужнострумового протонного пучка в початковій частині прискорювача-драйвера.

Одной из актуальных научно-технических задач является разработка и создание нового типа энергетического реактора, обладающего повышенной ядерной безопасностью. В настоящее время в мире реализуется несколько проектов, связанных с так называемыми гибридными (подкритическими) реакторами, строящимися на базе протонных ускорителей большой мощности. К ускорителю-драйверу протонных пучков, входящему в состав гибридной системы, предъявляется ряд достаточно жестких требований, среди которых обеспечение сверхмалых потерь ускоряемых частиц. Для выполнения этого требования необходимо обеспечить малое значение эмиттанса пучка на выходе инжектора, точное согласование и стабильность работы всех частей ускорителя, тщательное исследование образования ореола пучка и контроль его огибающей. В данной работе на основании разработанного метода контроля за огибающей пучка выбираются основные параметры начальной части линейного ускорителя-драйвера, обеспечивающие высокий темп ускорения при малых потерях частиц. Проводится численное моделирование самосогласованного сильноточного протонного пучка в начальной части ускорителя-драйвера.