Status of the S ource of P olarized I ons ( JINR Accelerator Complex ) Nov.2008

1. Status of the Sourceof Polarized Ions(JINR Accelerator Complex)Nov.2008 V.V. Fimushkin Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Moscow region A.S. Belov Institute for Nuclear Researchof Russian Academy of Sciences, Moscow

2. The SPI-project assumes the development of the universal high-intensity Source of Polarized Ions (deuterons&protons) using charge-exchange ionizer. • The design output current of the SPI will be • up to 10 mA for  D+ ( H+) • The polarization will be up to 90% of the maximal vector (±1) & tensor (+1,-2) polarization • The project is based on the equipment which was supplied within the framework of the Agreement between JINR & IUCF(Bloomington, USA) • The project will be realized in close cooperation with INR of RAS (Moscow, Russia))

3. The main purpose of the SPI-project is to increase the intensity of the accelerated polarized beam at the JINR Accelerator Complex up to 1010 d/pulse

4. The SPI-project includes the following stages: • - development of the universal high-intensive Source of Polarized Deuterons (protons) using the charge-exchange plasma ionizer with the output current up to 10 mA D+ (Н+)and polarization ~ 90 % from nominal vector polarization + (-) 1 and tensor polarization + 1,-2 • - modification of the linac preaccelerator hall (upgrading of the HV (400 kV) platform & power station • - improvement of the preaccelerator tube vacuum with TMP

5. adaptation of the existing remote control system (console of LU-20 linac) of the polarized ion source under the high voltage • complete tests of the source • assembly of the designed source and equipment at the linac preaccelerator • LU-20 runs with polarized beams & polarization measurements at the output of the linac (LU-20)

6. The most labour-consuming and expensive work is development of theSource of Polarized Deuteronsbased on the equipment of Cooler Injector Polarized IOn Source (CIPIOS) developed at Indiana University Cyclotron Facility (IUCF, USA) in INR of RAS (Moscow) cooperationin 1999

7. At the NUCLOTRON one-turnaround injection is used. • Transition to the re-charge injection of negative ions is not provided • Therefore it is expedient to use the source of positive polarized deuterium ions The higher intensity of the beam is reached forpositive polarized ion sources with charge-exchange plasma ionizer in comparison with the source of negative polarized H- (D-) ions

8. SPI-projectassumes to convert the charge-exchange ionizer of CIPIOS into the ionizer using storage of polarized deuterium atoms and production of positive polarizeddeuterons by resonance recharging in the hydrogen plasma

9. The elements of the source CIPIOStransferred from IUCF (USA) lack some equipment • That is why we will need development and fabrication of the missing modules and parts forthe future source. • These are mainly elements of the Atomic Beam Source(ABS). • In addition,acquisition of the missing equipment and instruments to the source as a whole is necessary.

10. - vacuum chamber of theABSand sextupole magnets • - dissociator • -channel of the atomicdeuterium (hydrogen) beam cooling • - pulse valve of molecular deuterium (hydrogen) injectioninto the dissociator bulb with the power supply of the pulsegas valve • - high-frequency pulse generator with pulse power up to 5 kW operating in the 50 MHz self-excitation circuit • - modulator of the high-frequency generator with the maximum voltage up to 4.5 kV and a pulse current up to 2 A should be development

11. 1.vacuum chamber, 2. dissociator, 3.pulse gas valve, 4. cryocoooler, 5.permanent sextupole magnet assembly, 6. adjusting device of sextupole magnets, 7. RF-cells, 8.sextupole electromagnet, 9.mass spectrometr vacuum chamber, 10.time-of-flight mass spectrometer, 11.adjustable suppoprt Scetch of the deuterium (hydrogen) Atomic Beam Source tests bench

12. The designing and manufacture of ABSparts, optimization of the intensity of the atomicbeams, and functional test of the cells of the nuclear polarization of deuterium (hydrogen)atoms will be performed under the agreement with INR of RAS (Moscow)

13. Thepurpose is to get atomic Dbeam with the pulse density of 2.5 ·1010 at/cm3 at the distanceof 150cm from the cooling channel outlet and the most probable velocity of 1.5 ·105 cm/s.

14. The work to be carried out at JINR includes • - assembly and tests of the charge-exchangeplasma ionizer, including the storage cell in the region of ionization and transportation ofhydrogen plasma with the flow of unpolarized protons up to 100 mA through the storagecell • - optimization of the ion-optical system up to 25 keV and transport of the high-current deuteron beam • - long-term tests with the storage cell in the ionizer It is necessary to developelectronic control system components for primary analysis and data acquisition and for fiberoptic connection with the computer

15. Status of the SPI-project

16. Dynamics of atomic deuterium beam downstream the sextupole magnets& Atomic Deuterium Breit-Rabi diagram

17. Dynamics of atomic hydrogen beam downstream the sextupole magnets& Atomic Hydrogen Breit-Rabi diagram

18. Vacuum chamber of the Atomic Beam Source

19. Dissociator chamber of the Atomic Beam Source

20. Vacuum pumping system of the Source of Polarized Deuterons

21. VARIAN • Pump, Turbo-V 3K-T, 2300 l/s H2 , 2400 l/s He - 2 item • Pump, Turbo-V 2K-G, 1600 l/s N2 - 2 item • CTI-CRYOGENICS • Model 350 CP Single Stage Refrigerator

22. Adjustable support

23. Atomic Beam Source general view

24. Atomic Beam Source setup general view

25. High-voltage terminal at the linac (Lu-20)(improvement)

26. Time-of-flight mass-spectrometer with cross-beam ionizer

27. Кекелидзе В.Д. Справка • о состоянии дел по Источнику поляризованных дейтронов (ИПД) на ноябрь 2008 г. • I. Работы по разработке ИПД в ЛФВЭ осуществляются в соответствии с ежеквартальными план-графиками, в частности, к настоящему времени: • Разработаны чертежи общего вида на высоковольтную платформу в помещении ЛУ-20 под ИПД • Разработаны юстировочные устройства для постоянных шестиполюсных магнитов и шестиполюсного электромагнита для ИПД • Подготовлена программа по расчету траекторий нейтральных атомов в поле шестиполюсных магнитов для источника поляризованных дейтронов, проведена серия предварительных расчетов по оптимизации газодинамического тракта в Источнике поляризованных атомов (ИПА) для водорода, дейтерия, гелия-3. • Подготовлено и согласовано техзадание на переоборудование помещения электрощитовой в корпусе 203А, и по перечню работ для оборудования Лабораторного помещения под ИПД. • II. В конце ноября 2008 г. должен состояться акт сдачи-приемки выполненных работ по договору №100/1025 от 25 декабря 2007 г. «Разработка технической документации на Источник поляризованных атомов водорода и дейтерия» в рамках проекта по теме 02-1-1065-2007/2009 с ИЯИ РАН. Контрактная цена по договору составляет 340500 (триста сорок тысяч пятьсот) рублей. • По Договору ОИЯИ-ИЯИ в июне 2008 г. ИЯИ РАН перечислено 220500 (двести двадцать тысяч пятьсот) рублей за выполненные на тот момент работы: • Сборочный чертеж диссоциатора, включая: разрядную колбу, высокочастотный разрядный контур, канал охлаждения дейтерия, линию охлаждения между каналом и криогенератором, расположение клапанов напуска в колбу водорода, дейтерия, и кислорода (Н2, D2, O2), фланец диссоциатора с токовводами, расположение высокочастотного генератора. • Схема газовых линий для подачи Н2, D2, O2 от баллонов со сжатым газом до клапанов, включая вакуумную откачку линий. • Принципиальная электрическая схема высокочастотного генератора. • Сборочный чертеж высокочастотного генератора. • Сборочный чертеж вакуумной камеры диссоциатора и шестиполюсных магнитов. • Сборочный чертеж платформы для вакуумной камеры диссоциатора и шестиполюсных магнитов с устройством юстировки платформы в трех направлениях. • Сборочный чертеж устройства установки и юстировки масс-спектрометра. • Схема форвакуумной откачки высоковакуумных насосов. • Принципиальная электрическая схема модулятора высокочастотного генератора. • Принципиальная электрическая схема блока питания импульсного клапана для подачи газа в диссоциатор.

28. III. С фирмой Vakuum PRAHA spol.s.r.o. подготовлен контракт №08626319/081948-72   Spec. LHE 98-0695 на покупку турбомолекулярных насосов для ИПД

29. IV. Для ИПД, приобретено вакуумметрическое оборудование. Финансирование поставки осуществлялось в счет гранта Чехии, приказ N358 от 01.06.2007 поставщик GERTNER Service GmbH, office Moscow

30. V. Помимо вакуумного оборудования в качестве первоочередного необходимо приобретение криокулера CTI-CRYOGENICS Model 350 CP Single Stage Refrigerator для ИПА (стоимость 579 000 руб.) Основные трудности в ходе реализации работ по проекту - несвоевременное и неритмичное финансирование, недостаточное внимание Дирекции ЛФВЭ к текущим проблемам по созданию ИПД, в частности,на подготовку и оборудование помещения электрощитовой в корпусе 203А подИПД. Фимушкин В.В.