Новосибирские учёные запустили первую очередь линейного ускорителя для СКИФа

Фото Александры Фоменко.

Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера получили первый пучок электронов и ускорили его.

В Академгородке в Институте ядерной физики учёные запустили первую очередь линейного ускорителя (Линак-20) будущего источника синхротронного излучения «СКИФ», на базе которого в настоящее время создаётся Центр коллективного пользования (ЦКП «СКИФ»). Сейчас собрана инжекционная часть линейного ускорителя. Полностью он выйдет на проектные параметры в составе всего комплекса только в 2024 году.

Главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН Александр Батраков рядом с линейным ускорителем. Фото Александры Фоменко.

Первые электроны получены

В тестовом режиме научные сотрудники продемонстрировали работу основных систем ускорителя — одного из основных частей ускорительного комплекса СКИФ. Именно здесь формируется пучок электронов, который поступает сначала в накопительное кольцо — бустер, а потом в синхротрон. Параметры отправляемого в бустер пучка частиц также формируются в линейном ускорителе, рассказывают учёные.

Белый овал — и есть тот самый пучок электронов. Фото Александры Фоменко.

В нем необходимо получить энергию частиц 200 мегаэлектрон-вольт, 55 сгустков электронов с периодом 5.6 наносекунд и с зарядом в каждом сгустке 0.3 нК. Длина каждого сгустка должна быть около нескольких миллиметров.

В настоящий момент собрана первая очередь линейного ускорителя и на этой части отрабатываются основные режимы. Главная задача этого этапа – показать, что установка способна генерировать пучок частиц с необходимыми параметрами. Несмотря на то, что проектная энергия «Линака» 200 МэВ, для исследования режимов и демонстрации его полной работоспособности достаточно достичь энергии 40-50 МэВ, пояснил директор ИЯФ СО РАН Павел Логачёв.

Как это работает?

В «Линаке» электроны быстро набирают скорость, близкую к скорости света, а их траектория корректируется магнитной системой. Уже сформированные в линейном ускорителе пучки с частотой 1 Гц поступают в накопительное кольцо. Здесь происходит накопление необходимого для исследователей количества частиц, и отсюда они перепускаются в ускоритель-синхротрон. В синхротроне пучки электронов движутся по круговой орбите, которая формируется специальными поворотными магнитами, и излучают синхротронное излучение. Это излучение по специальным каналам подается пользователям центра: биологам, химикам, геологам, материаловедам и другим.

С помощью установки специалисты смогут, например, определить элементный состав вещества, изучить свойства новых материалов, исследовать быстропротекающие процессы, расшифровывать структуру белков и многое другое.

Часть линейного ускорителя. Фото Александры Фоменко

Один из самых сложных элементов линейного ускорителя – СВЧ-пушка, в которой рождаются электроны и происходит начальное формирование пучка. Уже на выходе он должен обладать энергией около 1 МэВ. Из СВЧ-пушки пучок попадает в канал группировки. Здесь происходит его продольное сжатие, которое необходимо для дальнейшего ускорения, рассказал заведующий лабораторией Института ядерной физики Алексей Левичев. На следующем отрезке

Первая линия линейного ускорителя. Фото Александры Фоменко.

«Линака» пучок предускоряется до нескольких МэВ и окончательно группируется. Процесс формирования пучка в СВЧ-пушке и в канале группировки является ключевым и одним из самых сложных в линейном ускорителе.

Для контроля параметров пучка здесь используется много диагностической аппаратуры, которая способна регистрировать поперечные и продольные характеристики пучка, его заряд и энергию. Полностью сгруппированный пучок пролетает в регулярных ускоряющих структурах около 26 метров.

«СВЧ-пушка – это сложное устройство, представляющее собой резонатор, работающий на частоте 180.5 МГц. Внутри этого резонатора расположен катодно-сеточный узел, который и является источником электронов. Особенность данного узла в том, что на расстоянии в несколько десятых долей миллиметра от катода располагается специальная сетка с характерным размером около 150 микрон, вырезанная лазером. Вследствие такой конструкции катодного узла пучок в СВЧ-пушке формируется не только под действием переменного ускоряющего поля с частотой 180.5 МГц, но и благодаря подаче специальных запирающего и модулирующего напряжений между катодом и сеткой. То есть мы имеем возможность управлять процессом эмиссии электронов с катода независимо от ускоряющего поля СВЧ пушки, что и должны были продемонстрировать на первом этапе экспериментов. На данный момент мы смогли показать, что СВЧ-пушка и катодно-сеточный узел работают, эмиссия электронов есть, и мы можем ей управлять. Также важным моментом является измеренная энергия пучка. Она полностью соответствует расчету и составляет 0.8 МэВ», – пояснил Алексей Левичев.

Он также отметил, что был испытан режим работы ускорителя, при котором катод нагрет до рабочих температур, ускоряющее поле в резонатор подано, но катод заперт некоторым напряжением. В результате испытаний было продемонстрировано, что учёные могут полностью контролировать пучок электронов.

Помимо этого, специалисты Института изготовили и проверили систему термостабилизации, магнитную систему и систему диагностики. «Мы убедились, что возможностей магнитной системы достаточно, чтобы довести пучок до конца ускорителя, а система диагностики полностью работает, термостабилизация позволяет держать заданную температуру СВЧ пушки с точностью до 0.1 С0», — добавили испытатели.

«Работа всего этого сложного физического оборудования невозможна без адекватного комплекса аппаратных и программных средств, образующих систему управления установкой. Параллельно с наладкой систем «Линака» проводился запуск различной управляющей и измерительной электроники, а также тестирование первых, так называемых «инженерных», версий программного обеспечения, – пояснил главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН Александр Батраков. — Итог работы специалистов по системе управления состоит в том, что сегодня физики-ускорительщики обеспечены необходимым набором «ручек» для управления «Линаком» и получают корректную информацию о его функционировании».

СКИФ – источник синхротронного излучения поколения 4+. Установка сооружается в Новосибирской области в рамках национального проекта «Наука и университеты» и во исполнение Указа президента России от 25 июля 2019 года. Заказчиком и застройщиком ЦКП «СКИФ» выступает ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН». Единственный исполнитель по изготовлению и запуску технологически сложного оборудования для ЦКП «СКИФ» – Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН.

Поделиться:

Мы в Телеграме

Добавьте нас в источники на Яндекс.Новостях

Если вы хотите, чтобы ЧС-ИНФО написал о вашей проблеме, сообщайте нам на SLOVO@SIBSLOVO.RU или через мессенджеры +7 913 464 7039 (Вотсапп и Телеграмм) и социальные сети: Вконтакте и Одноклассники

Новости партнеров:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *