Такие исследования нужны биомедицине и фармацевтике: они помогают разрабатывать лекарства и вакцины, а также изучать материалы. Похожие эксперименты уже проводят на станциях Новосибирского лазера на свободных электронах (ЛСЭ), запланированы они и на станции «Структурная диагностика» ЦКП «СКИФ». Фотопушки выигрывают за счёт компактности: установка умещается в обычной комнате, тогда как комплексы СКИФ и ЛСЭ занимают сотни квадратных метров.

Саму фотопушку — источник ультракоротких электронных пучков — разрабатывают в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). В синхротроне СКИФ продольный размер пучка составляет около сантиметра; с фотопушкой его удаётся сократить до долей миллиметра. Сейчас в институте собрали фотопушку с системой синхронизации лазерного и СВЧ-излучения и готовятся к новому этапу измерений.

Электронные пучки востребованы и на коллайдерах, где физики изучают фундаментальные свойства мира, и на синхротронах, где пучок генерирует синхротронное излучение — с его помощью химики, биологи и физики получают новые лекарства, вакцины и исследуют материалы. Параметры пучка подбираются под задачу, но сначала его нужно получить.

«Чтобы начать работать с электронным пучком, нужно его получить, и здесь не важно, куда он должен полететь дальше — в коллайдер, синхротрон или промышленный ускоритель. Зарождаются пучки частиц в электронной пушке, — прокомментировала младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН и ЦКП „СКИФ“ Кристина Сибирякова. — В зависимости от того, какая конечная цель у ускорительного комплекса, пучок будет обладать разными характеристиками. В каком-то случае важен эмиттанс пучка, в каком-то его размер, в каком-то делается акцент на ток или длительность пучка».

Для получения электронов в ускорительном комплексе может использоваться термоэмиссионная пушка и термокатод: под воздействием температуры и приложенного электрического поля с поверхности катода происходит эмиссия, или вытягивание, электронов, которые в дальнейшем преобразуются в электронный пучок.

«Так мы получаем пучок электронов на синхротроне СКИФ, — пояснила Кристина Сибирякова. — Но если мы хотим получить короткие пико- или фемтосекундные пучки (когда речь идет о продольном размере пучков частиц, которые двигаются со скоростью близкой к скорости света, то он определяется в единицах измерения времени), да еще и с большим пиковым током, то термопушка уже не эффективна. В таком случае нужно использовать фотопушки и фотокатоды. Короткий электронный пучок с большим зарядом необходим, например, для реализации исследовательского метода сверхбыстрой электронной дифрактометрии, которая позволяет в режиме реального времени изучать внутреннюю структуру материалов и веществ на атомном и молекулярном уровне. Также фотопушки могут использоваться в качестве источника электронов для того же ЛСЭ, когда необходимы короткие пучки с большим током».

Источник публикации "Сделано у нас"

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь

Также у нас теперь есть канал в МАХ

Коллайдер NICA создаётся в Дубне для изучения фундаментальных свойств сильных взаимодействий. ИЯФ СО РАН участвует в проекте и создаёт системы электронного охлаждения — так называемые кулеры. Их задача — охлаждать ионный пучок, делая его более плотным. Чем плотнее пучок, тем выше вероятность столкновения частиц, а значит, выше производительность установки.

Центральный элемент системы — соленоид охлаждения. Именно в нём происходит охлаждение. Для NICA он спроектирован и создан в ИЯФ СО РАН. В отличие от всех подобных устройств, здесь два электронных пучка для двух ионных — расстояние между осями каналов всего 32 сантиметра.

Магнитное поле в соленоиде должно быть однородным и прямолинейным. Это влияет на качество электронного пучка и эффективность охлаждения. Настройка поля — нетривиальная задача. Специалисты ИЯФ СО РАН модернизировали метод измерения с использованием магнитного компаса: добавили сегментированную направляющую и перешли от аналоговой регистрации к цифровой — с помощью видеокамеры, которая отслеживает положение лазерного луча в реальном времени.

Магистрант НГУ и старший лаборант ИЯФ СО РАН Вадим Турло пояснил: «Для того, чтобы встречные частицы в кольце коллайдера чаще сталкивались, а исследователи могли видеть много всего интересного, пучки должны быть плотными. Для тяжелых частиц добиться такого состояния было проблематично, пока в ИЯФ СО АН СССР не была предложена и реализована идея электронного охлаждения. Ее суть заключается в том, чтобы в определенный момент совместить траектории горячего ионного пучка с холодным электронным. При движении между ними происходит теплообмен – энергия от ионного пучка перетекает к электронному, а потеряв ее, он охлаждается. Таким образом пучок становится более плотным».

Начальник конструкторского бюро ИЯФ СО РАН Николай Кремнев добавил: «Соленоид охлаждения для СЭО коллайдера NICA, спроектированный и созданный в ИЯФ СО РАН, отличается от всех подобных устройств тем, что в нем два электронных пучка для двух ионных, соответственно. Расстояние между осями каналов регламентировано расположением каналов коллайдера NICA и составляет всего 32 см. Создать такое устройство было сложной технической задачей».

Для настройки поля разработана новая юстировочная система. Каждая из 88 магнитных катушек оснащена микрометрическими винтами, позволяющими наклонять и поворачивать их с точностью до сотой доли миллиметра. Юстировка выполняется вручную и позволяет достичь относительной прямолинейности силовых линий порядка 10⁻⁵.

Сейчас устройство и система измерения находятся в Дубне. После завершения пусконаладочных работ начнётся основной этап настройки магнитного поля.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь

Также у нас теперь есть канал в МАХ

Вигглер — это многополюсный магнит, который создаёт знакопеременное поле и заставляет электронный пучок излучать синхротронное излучение с заданными параметрами. Для станции «Быстропротекающие процессы» он настроен на диапазон энергий от 15 до 100 кэВ. Устройство прошло испытания в «сухом» криостате — разработке ИЯФ СО РАН, которая позволяет работать без дозаправки жидким гелием несколько лет.

Заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН Виталий Шкаруба пояснил, что в обычных магнитах поле ограничено 2 тесла, а сверхпроводящие вигглеры позволяют создавать сильное периодическое поле и многократно увеличивать угол поворота пучка. Каждое устройство создаётся под конкретную станцию и конкретные задачи.

На станции «Быстропротекающие процессы» будут изучать взрывы, ударные волны, воздействие плазмы на материалы и другие процессы, длящиеся микросекунды и наносекунды. Учёный секретарь ЦКП «СКИФ» Иван Рубцов отметил, что синхротронное излучение позволяет получать до 100 кадров за 10 микросекунд — это большой шаг вперёд по сравнению с контактными датчиками и импульсными рентгеновскими аппаратами.

Директор ИЯФ СО РАН академик Павел Логачев подчеркнул, что создание вигглера — сложнейшая задача, которая требует десятилетий разработки. Устройство формирует рентгеновский луч мощностью 20 кВт с поперечным размером меньше миллиметра.

СКИФ — источник синхротронного излучения поколения 4+, который строится в Новосибирской области. Все технологически сложное оборудование для ускорительного комплекса создано в ИЯФ СО РАН.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь

Также у нас теперь есть канал в МАХ

ГДМЛ разрабатывается в рамках федерального проекта «Технологии термоядерной энергетики» национального проекта «Новые атомные и энергетические технологии». Цель проекта — создать экспериментальную установку, которая должна продемонстрировать возможность создания экономически и экологически привлекательного термоядерного реактора на основе магнитных ловушек открытого типа. В отличие от токамаков (таких как международный ИТЭР или российский ТРТ), открытые ловушки имеют более простую конструкцию и позволяют использовать альтернативное топливо, например, дешёвый и доступный дейтерий вместо дефицитного трития.

Проект ГДМЛ опирается на результаты, полученные на четырёх действующих установках ИЯФ СО РАН — КОТ, ГДЛ, ГОЛ-NB и СМОЛА. На них, в частности, удалось нагреть плазму до 10 миллионов градусов и в десятки раз снизить продольные потери частиц за счёт комбинации магнитных пробок и винтового удержания.

Как уточняют в ИЯФ, в основе ГДМЛ лежит диамагнитное удержание плазмы, дополненное многопробочным и винтовым удержанием, нагревом с помощью атомарных инжекторов и гиротронов, а также технологиями сверхпроводимости. Для центральной секции ловушки, где магнитное поле должно достигать 1,5 Тесла, будут использованы низкотемпературные сверхпроводники. Более сложные магнитные пробки, влияющие на качество удержания, потребуют полей до 16–20 Тесла.

Проект объединяет более 60 физиков и инженеров из ИЯФ СО РАН, Института прикладной физики РАН, компании «СуперОкс» и других научных организаций. Успешная реализация ГДМЛ позволит создать практически неисчерпаемый экологически чистый источник энергии, а также развить плазменные технологии для космических двигателей, медицины и машиностроения.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь

Также у нас теперь есть канал в МАХ