Ускоритель FFAG (Fixed-Field Alternating Gradient accelerator) — тип резонансного циклического ускорителя, в котором сочетаются признаки циклотрона (постоянное магнитное поле) и современного синхротрона (использование знакопеременной, жёсткой фокусировки). Другое название FFAG — кольцевой фазотрон[1].
После открытия сильной фокусировки идея синхротрона с постоянным магнитным полем была предложена в 1952 году одновременно в Японии (Тихиро Окава), США (Кейт Саймон) и СССР (Андрей Коломенский)[2].
В 1954 году была создана группа MURA, обосновавшаяся в Мадисоне, Висконсин, целью которой было строительство мультигэвных ускорителей. Перспективным направлением стала разработка ускорителя FFAG. Первый прототип был создан в 1956 году[3], это была электронная машина радиусом 54 см, ускорявшая пучок с 20 до 400 кэВ. Для ускорения использовался принцип бетатрона — вихревое электрическое поле, создаваемое магнитным сердечником. Кольцо состояло из 8 суперпериодов, каждый — из двух магнитов обратной полярности, с магнитным полем, нелинейно возрастающим с радиусом B(r) ~ rk, где k = 3.36.
В 1957 Дональд Керст придумал спиральный секторный FFAG, в котором не было магнитов с обратным полем (что позволило сильно уменьшить габариты кольца), зато края магнитов были закручены по спирали, и частицы фокусировались за счёт сильной краевой фокусировки. В 1961 году MURA строит 50 МэВ электронный секторный FFAG. Однако на этом создание ускорителей такого типа закончилось. Главной проблемой FFAG-а была нелинейная динамика пучка: в процессе ускорения бетатронные частоты пересекали множество сильных резонансов, которые неизбежно порождались нелинейным полем, заложенным в конструкцию магнитов. В то время как стремительно набиравшие популярность синхротроны были лишены этого недостатка.
В следующий раз о FFAG-ах вспомнили в середине 80-х в связи с проектами источников нейтронов на базе протонных ускорителей, таких как проект Spallation Neutron Source (SNS) в Оук-Ридже[4]. Однако быстроциклирующие синхротроны и сверхпроводящие линаки оказались проще и дешевле FFAG-ов.
Новая волна интереса к ускорителям типа FFAG пришла в 90-х в рамках обсуждения проектов нейтринных фабрик и мюонных коллайдеров. Надо было ускорять мюоны до энергии 20 ГэВ, и делать это очень быстро, поскольку время жизни мюона крайне мало. Быстроциклирующие синхротроны не подходили, поскольку ускорение в них слишком медленное. Сверхпроводящие линаки производили слишком большой эмиттанс пучка. В 2000-м году в лаборатории KEK, Япония, был построен первый протонный FFAG на энергию 1 МэВ, KEK-POP (Proof-Of-Principle)[5].