CC BY
73
О ГЕОДЕЗИЧЕСКОМ СОПРОВОЖДЕНИИ BOOSTER NSLS-II БРУКХЕЙВЕНСКОЙ НАЦИОНАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИИ МИНИСТЕРСТВА ЭНЕРГЕТИКИ США
Денис Борисович Буренков
Институт Ядерной Физики СО РАН, г. Новосибирск, инженер-геодезист, тел. 8(383)329-43-52, e-mail: Mail_Denis@mail.ru,
Петр Павлович Мурзинцев
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент, тел. 343-27-09
Андрей Викторович Полянский
Институт Ядерной Физики СО РАН, г. Новосибирск, старший инженер-геодезист Юрий Алексеевич Пупков
Институт Ядерной Физики СО РАН, г. Новосибирск, старший научный сотрудник, кандидат технических наук, тел. 329-48-08, e-mail: Yurpupkov@mail.ru
Леонид Евгеньевич Сердаков
Институт Ядерной Физики СО РАН, г. Новосибирск, инженер-геодезист, тел. 329-43-52, email: naufan@ngs.ru
В статье представлен аналитический обзор этапов геодезического обеспечения строительства и монтажа уникального оборудования для национального источника синхротронного излучения научной лаборатории США. Рассматривается опорная геодезическая сеть, вторичная геодезическая сеть в тоннеле, методика измерений на станции.
Ключевые слова: опорная геодезическая сеть укорителя, лазерный трекер.
ABOUT THE GEODETIC SUPPORT BOOSTER NSLS-II BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY U.S. DEPARTMENT OF ENERGY
Denis B. Burenkov
Engineer, surveyor, Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, tel. 8(383)329-43-52, e-mail: Mail_Denis@mail.ru,
Peter P. Murzintsev
Associate Professor, Ph.D. Siberian State Academy of Geodesy, tel. 343-27-09 Andrey V. Polyansky
Senior engineer, surveyor, Institute of Nuclear Physics SB RAS Yuri A. Pupkov
Institute of Nuclear Physics SB RAS, Senior Researcher, Ph.D., tel. 329-48-08, e-mail: Yurpupkov@mail. ru,
Leonid E. Serdakov
engineer, surveyor, Institute of Nuclear Physics SB RAS, Novosibirsk, tel. 329-43-52, e-mail: naufan@ngs.ru
This paper presents an analytical overview of the steps to ensure the geodesicconstruction and installation of unique equipment for the National Synchrotron Light Source Scientific Laboratory, USA. We consider a network of geodetic control, secondary geodetic network in the tunnel, the method of measurement at the station.
Key words: geodetic control network ukoritelya, the laser tracker.
ИЯФ СО РАН в 2010 году выиграл тендер на проектирование, изготовление, монтаж и запуск 3-ГэВ бустера NSLS-II для Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США. Реализация проекта NSLS-II (национальный источник синхротронного излучения - II) (рис.1) дает возможность обеспечить дополнительными инструментами для открытий в науках конденсированных сред, физике материалов, химии и биологии.
Рис. 1. Общий вид проекта NSLS-II
В конечном счете, повысить энергетическую безопасность и создать безопасные и экологически чистые энергетические технологии. NSLS-II состоит из накопителя, бустера, линака и охватывает площадь около одной восьмой квадратного километра с радиусом ~ 124 м и периметром ~ 780 м.
Геодезическое сопровождение является важной составной частью проекта. Опорная геодезическая сеть проектируется по принципу трех ступеней. Внешняя опорная сеть (рис. 2) отвечает за интеграцию проекта в городскую территорию. Первичная опорная сеть (рис. 3) обеспечивает проектные геометрические параметры зданий и взаимное ориентирование вторичных опорных сетей всех крупных блоков ускорительного комплекса. Проект вторичной опорной геодезической сети бустера включает в себя 36 напольных и
72 настенных знаков, расположенных по всему периметру. Вид сверху показан на рис. 3.
Рис. 2. Внешняя и первичная опорные геодезические сети
Рис. 3. Вторичная геодезическая сеть бустера
Вторичная геодезическая сеть бустера относительно первичной должна быть определена в пределах ±0.25 мм.
3D позиционирование знаков сети будет измерено лазерным трекером. На периметре бустера планируется 36 станций измерения лазерным трекером. Схема измерений лазерным трекером на одной станции показана на рис. 4.
. Схема измерений на одной станции
Взаимное положение пунктов вторичной сети на одной станции необходимо определить с точностью не хуже ±0.025 мм. Вторичные опорные геодезические сети служат основой для установки магнитной структуры ускорительного комплекса.
Допуски на позиционирование магнитных элементов бустера представлены в таблице.__________________________________________
Source of error Tolerance
Dipole transverse misalignment 0.150 mm
Quadrupole transverse misalignment 0.150 mm
Sextupole transverse misalignment 0.150 mm
BPM misalignment 0.150 mm
Магнитную структуру бустера предполагается монтировать на гирдерных модулях (рис. 5.)
Рис. 6. Гирдерный модуль с магнитной структурой
Для обеспечения высокой взаимной точности положения магнитных элементов бустера предполагается использовать специальный метод, основанный на применении сглаживающих кривых. Данный метод предполагает приведение магнитов к трендовой кривой, которая может отклоняться от расчетной орбиты.
Для циклических ускорителей в устойчивой периодичной фокусирующей системе частица совершает «квазипериодические» колебания около положения равновесия. Так как подобные колебания для простейшего случая были впервые исследованы в бетатроне, то поперечные колебания частиц часто называют бетатронными, а число этих колебаний на длине оборота в циклическом ускорителе V - бетатронной частотой. Анализ показывает, что в кольцевых ускорителях неидеальности поля приводят к раскачке колебаний и возникновению поперечных резонансов. Поэтому возмущение, вызванное ошибкой установки магнитных элементов не должно содержать гармонических функций с частотами, близкими к частоте бетатронных колебаний. Ошибка юстировки элементов условно разделяется на две составляющие: отклонения сглаживающей кривой от расчетной орбиты и ошибки установки магнитов относительно сглаживающей кривой.
Сглаживающая кривая должна удовлетворять двум основным условиям: Во-первых, она должна так аппроксимировать результаты измерений, что бы число необходимых подвижек элементов было минимальным и, во-вторых, что более существенно, вызывать наименьшие искажения орбиты. Предложено сглаживающую кривую строить как сумму гармоник Фурье, к которым магнитная структура наименее чувствительна. Сглаживающая кривая не должна содержать критических гармоник. Гармонику следует считать критичной, если
произведение амплитуды гармоники на соответствующий коэффициент спектральной чувствительности вносит заметный вклад(10-15%) в искажение орбиты частиц. Длина волны такой гармоники 1к, имеющей минимальный номер к, будет определять область, внутри которой должны выполняться требования на точность взаимного положения магнитных элементов. Необходимо точно отъюстировать любые два элемента, расположенные друг от друга на расстоянии 1к. Для бустера с периметром орбиты 158.4 м. и расчетной бетатронной частотой п= 9.6455 расстояние М составит 16.4 м.
Рис. 7. Спектральная чувствительность магнитной структуры NSLS-II Booster
Геодезическое сопровождение монтажа и запуска бустера предполагается обеспечивать высокоточными лазерными системами типа API Laser Tracker 3 по методикам, разработанным специалистами ИЯФ СО РАН совместно со специалистами Брукхейвенской национальной лаборатории.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ливингуд Дж Теория циклических ускорителей, М., 1962.
2. Yurii A. Pupkov, Yurii I. Levashov, Matrix method for analysis of network accuracy
based on the beam dynamic theory, Budker Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, Russia,Proceedings of the Fourth International Workshop on Accelerator
Alignment,(IWAA95),November 14-17, 1995 KEK, Tsukuba.
3. NSLS-II Booster Survey and Alignment Systems (LT-TN-067), Charles Spataro, Chenghao Yu November 16, 2009 BNL, NSLS-II.
© Д.Б. Буренков, П.П. Мурзинцев, А.В. Полянский, Ю.А. Пупков, Л.Е. Сердаков, 2012
