1.1.2. Электрон-ионные коллайдеры

Интерес к коллайдерам различных типов частиц (электронов и тяжелых ионов, протонов и электронов) достаточно велик. В ускорительном центре DESY (Гамбург, Германия) рассматривается возможность модернизации кольца HERA (Hadron Electron Ring Accelerator) для обеспечения накопления ионов и столкновения их с пучками электронов либо позитронов, генерируемых в кольце HERA либо линейном ускорителе TESLA. Этот проект получил наименование THERA. В Брукхейвенской лаборатории (США) разрабатывается проект модернизации установки RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) для проведения экспериментов на встречных пучках протонов (ионов) и электронов. Установка EPIC (Electron Proton Intersection Collider) создается в Массачусетсском технологическом институте (США). В табл. 1.1 приведены основные характеристики «несимметричных» коллайдеров.

Таблица 1.1

Параметр	Установка
	THERA	EPIC	eRHIC	eRHIC
Тип ускорителя	Линейный ускоритель  кольцо	Линейный ускоритель  кольцо	Линейный ускоритель  кольцо	Кольцо  кольцо
Тип ионов	Протоны	Протоны	Протоны/ золото	Протоны/ золото
Светимость, 1032, см-2с-1	0,41	21	4,6/0,36	3,5/0,86
Длина кольца, м	6355	500	3833	3833
Параметры пучка ионов
Энергия, ГэВ/нк	1000	50	250/100	250/100
Число ионов в сгустке, 1011	1,0	1,0	0,3/0,19	0,94/0,012
Средний ток, А	0,071	2,4	0,14/0,68	0,42/0,42
Параметры пучка электронов
Энергия, ГэВ	250	5	10	10
Число электронов в сгустке, 1011	0,2	0,11	0,3/0,3	0,26/0,81
Средний ток, А	0,000084	0,264	0,135/0,135	0,12/0,37

Ускоряющие системы построены на основе однозазорных резонаторов, число которых в кольце составляет от 5 до 8. Формы резонаторов оптимизированы с целью получения максимального шунтового сопротивления. Среди ряда причин потерь энергии и пучка в этих установках присутствует проблема возбуждения волн высших типов в ускоряющих структурах. Она особенно существенна при использовании сверхпроводящих ускоряющих структур. Потери на возбуждение паразитных полей с продольным компонентом электрического поля на оси могут достигать значительных величин. Так, в установке EPIC в каждом резонаторе генерируются поля мощностью около 8 кВт, большая часть этой мощности выходит из резонатора через отверстия для пролета пучка. В канале транспортировки пучка размещены устройства поглощения этой мощности.

1.1.3. Коллайдеры легких частиц

Циклические коллайдеры легких частиц являются наиболее многочисленной группой установок, созданных для решения задач фундаментальной физики. Их основная особенность связана с ускоряемым типом частиц. Электроны и позитроны, являясь легкими частицами, при движении в циклическом ускорителе имеют существенные потери на синхротронное излучение. Для снижения этих потерь диаметр установки желательно делать максимально большим. Так, выведенный из эксплуатации коллайдер LEP (Large Electron Positron) имеет диаметр около 10 км при энергии частиц (электронов и позитронов) около 100 ГэВ. В туннеле, где располагалась эта установка, монтируется коллайдер LHC.

В табл. 1.2 приведены параметры нескольких установок, часть которых функционирует продолжительное время и обеспечивает решение задач фундаментальной физики на промежуточных энергиях частиц.

Установки ВЭПП (Встречные электрон-позитронные пучки, Россия), DAPHNE (Италия), CESR (Cornell Electron-Positron Storage Ring, США) являются симметричными электрон-позитронным коллайдерами. Установки PEP-II (Positron Electron Project, США) и KEK (Япония) представляют собой асимметричные электрон-позитронные коллайдеры.

Таблица 1.2

Параметр	Установка
	ВЭПП-4	DAPHNE	CESR	PEP-II		KEK
Тип частиц	e-, e+	e-, e+	e-, e+	e-	e+	e-	e+
Конечная энергия, ГэВ	6,0	0,51	5,3	9,0	3,1	8,0	3,5
Длина кольца, м	366	98	468	2199	2199	3016	3016
Номер гармоники частоты обращения	222	120	780	3492	3492	5120	5120
Частота ускоряющего поля, МГц	181	368	500	476	476	508	508
Полное ускоряющее напряжение, МВ	5,0	0,25	12	5	14	8	20
Число частиц в сгустке,1010	~1	~1	~1	6,0	2,8	3,3	1,4
Средний ток пучка, А	0,2	0,56	1	2,16	0,75	2,6	1,1
Светимость, 1032 см-2с-1	1,5	1,0	17	30		100