2016-05-04 19:06:00

/

РИА "Сибирь"

/

Новосибирск

Ученые Института ядерной физики СО РАН разработали уникальный вигглер для европейских исследователей

Ученые Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН разработали и изготовили для Технологического института Карлсруэ (Германия) и ЦЕРН (European Organization for Nuclear Research, CERN, Швейцария) сверхпроводящий вигглер – устройство, предназначенное для генерации синхротронного излучения.

Его уникальность, как отметила специалист по связям с общественностью Института ядерной физикиИЯФ СО РАН Алла Сковородина, в использовании нового, более практичного способа охлаждения – без погружения магнита в жидкий гелий. Сейчас новосибирская разработка, стоимость которой составляет около 1 млн евро, установлена на ускорительном комплексе ANKA в Германии.

Здесь виплер поможет проводить эксперименты с биологическими объектами, а для исследователей из ЦЕРН вигглер станет испытательным полигоном по отработке технологий для разрабатываемого линейного коллайдера CLIC.

Вигглер - устройство для генерации синхротронного излучения (СИ), то есть излучения, производимого электронами при движении в магнитном поле. Принцип работы вигглера основан на создании на пути частицы знакопеременного магнитного поля, которое формирует зигзагообразную траекторию движения электронов. Двигаясь "змейкой", электроны испускают синхротронное излучение.

Использование в вигглерах сверхпроводящих электромагнитов позволяет избежать потерь на нагрев обмоток электрическим током. Кроме того, за счет сверхпроводимости можно получать магнитные поля существенно более высокие, чем в обычных магнитных системах, а, следовательно, и более интенсивное синхротронное излучение.

В качестве сверхпроводящего материала при создании вигглера используется ниобий-титановый сплав, который при охлаждении до криогенных температур – порядка нескольких градусов Кельвина, переходит в сверхпроводящее состояние. Поэтому обычно для получения и поддержания необходимой температуры сверхпроводящие магниты погружаются в сосуд с жидким гелием. Сотрудники Института ядерной физики реализовали принципиально новую систему охлаждения.

"Представьте, – объясняет кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института ядерной физики Виталий Шкаруба, - в помещении комнатная температура, а внутри установки она должна быть примерно на 300 градусов меньше, то есть 4 Кельвина (– 269 С). Для теплоизоляции магнита используется специальное устройство – криостат, в который обычно заливается жидкий гелий, чтобы поддерживать низкую температуру. Если внутри такого криостата что-то сломалось, приходится полностью разрезать герметичный сосуд, доставать магнит, а затем опять использовать сварку. Мы же сделали вигглер с криостатом нового типа, в котором магнит не погружен в жидкий гелий. Охлаждение производится специальными криорефрежираторами через систему тепловых контактов. В нашем случае нужно просто нажать кнопку, и черезнесколько днеймагнит, охладившись до нужной температуры, сможет работать в этом режиме годами".

Руководитель лаборатории технологий сверхпроводящих ондуляторов Технологического института Карлсруэ Аксель Бернхард сообщил, что вигглер будет использоваться в качестве источника излучения для рентгеноскопического каналана источнике СИ ANKA. "Он обеспечит яркие жесткие рентгеновские лучи для микроскопа MiQA, который будет применяться в материаловедении и науках о жизни", - пояснил Аксель Бернхард.

Вигглеры могут использоваться не только как генераторы СИ для фундаментальных и прикладных исследований в химии, биологии, материаловедении. Их применяют в накопителях заряженных частиц для уменьшения размеров и повышения интенсивности сгустков. Новая разработка ИЯФ СО РАН станет прототипом вигглера для затухательных колец разрабатываемого в ЦЕРН линейного коллайдера CLIC. Прежде чем принять решение о строительстве нового масштабного ускорителя, который по своим размерам будет превосходить Большой адронный коллайдер, специалисты ЦЕРН отрабатывают необходимые критические технологии.

"Таких вигглеров, – комментирует кандидат физико-математических наук, заведующий научно-исследовательским сектором Института ядерной физики Константин Золотарев, – в проектируемом ускорительном комплексе должно быть около сотни. Прежде чем запускать пучки электронов и позитронов в сам линейный ускоритель, нужно сжать их, увеличив плотность. Подготовка таких пучков осуществляется в специальныхзатухательных кольцах. Каждое из них состоит из двух полуколец, между которыми находятся длинные прямолинейные промежутки с вигглерами. Проходя через них, отдельные частицы сгустка излучают,уменьшается их поперечный импульс и фазовый объем сгустка, и увеличивается плотность пучка. Делать вигглеры по обычной схеме в данном случае было бы очень ненадежно, а новая конструкция криостата обеспечивает возможность быстрого доступа к элементам магнитной системы, позволяет сократить время ремонтных работ и технического обслуживания. Кроме того, ЦЕРН планирует испытать в нашем криостате другие варианты магнитных систем".

Европейские ученые уже приступили к работе с вигглером. "Мы начали с базовых экспериментов по проверке работоспособности и надежности всей системы, - комментирует Аксель Бернхард, – в частности, криогенной. В затухательных кольцах CLIC будет напряженный режим работы для сверхпроводящих магнитов. В наших первых тестах вигглер оказался очень надежным. В настоящее время мы готовимся к экспериментам по изучению влияния вигглера на динамику пучков в накопителе ANKA. Рентгеновский микроскоп планируем ввести в эксплуатацию во второй половине 2016 года".