Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН разработали и изготовили пять импульсных магнитов, или кикеров, для бустера-синхротрона ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» — частично они уже прошли проверку и сейчас находятся в Корпусе стендов и испытаний ЦКП СКИФ.
Задача бустера ускорительного комплекса ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» — сформировать пучок электронов и, разогнав его до нужной энергии, инжектировать в накопительное кольцо. Циркулируя в нем по круговой орбите почти со скоростью света, электронный пучок генерирует синхротронное излучение (СИ) для пользователей. Основные составляющие ускорительного комплекса СКИФ — это линейный ускоритель, синхротрон-бустер и накопительное кольцо. Также в него входят каналы перепуска, по которым сгустки электронов переходят из одного ускорителя в другой. Управляют впуском и выпуском электронов импульсные магниты, или кикеры.
«После того, как пучок электронов был сформирован и ускорен в линаке, им нужно как-то управлять и двигать дальше — для этого и нужны наши импульсные магниты, или, как их принято называть в ускорительной физике, кикеры, — прокомментировал старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат технических наук Дмитрий Дмитриевич Шведов. — Задача кикеров, установленных в определенных местах ускорителя, в нужный момент оказать на пучок воздействие, ударить по нему и вывести на орбиту, задать нужную траекторию движения без потерь частиц».
Кикер представляет собой конструкцию из магнитной системы и керамической вакуумной камеры со специальным напылением. Магнитное поле внутри конструкции создается медными пластинами, на которые подается мощный импульс тока от генератора. Ускорители оснащаются кикерами инжекции и экстракции, в зависимости от того, нужно ли осуществить впуск пучка или его выпуск.
«Кикеры бустера СКИФ воздействуют на пучок импульсом магнитного поля, — пояснил Дмитрий Шведов. — Основные сложности на этапах разработки и производства кикеров связаны, во-первых, с созданием очень короткого и однородного импульса тока. Напомню, что наш импульс имеет длительность 650 наносекунд — это в полтора миллиона раз короче секунды. Амплитуда тока в это время достигает значения 4 000 ампер (для сравнения — в бытовой розетке порядка 10 ампер). Во-вторых, сложность представляет процесс напыления металла на внутреннюю поверхность керамических вакуумных камер. Напыление позволяет магнитному полю достигать орбиты пучка, поэтому это очень важный момент».
Нанесение резистивных пленок внутри узкоапертурных керамических вакуумных камер освоено в лаборатории ИЯФ СО РАН под руководством кандидата физико-математических наук Александра Анатольевича Краснова. «До сих пор мы пользовались камерами с напылением, которые нам поставляла немецкая компания Friatec, услуги которой были достаточно дорогими, — рассказал Александр Краснов. — Кроме того напыление тонкопленочных покрытий в мало-апертурных протяженных камерах — одна из ключевых технологий, необходимых для создания современных сверхвысоковакуумных ускорительных установок, то есть это стратегически важная технология. Поэтому было принято решение разработать сложную процедуру напыления самим и проводить ее в ИЯФ. Это хороший пример импортозамещения».
На данный момент кикеры для синхротрона-бустера прошли все необходимые стендовые испытания и отправлены в Корпус стендов и испытаний ЦКП СКИФ. Теперь специалисты работают над производством четырех кикеров для большого накопительного кольца СКИФ и двух кикеров для измерения орбиты (так называемых кикеров удара). Планируется, что они будут готовы в начале 2025 года.
«Испытания кикеров проводятся на специальном стенде магнитных измерений, на котором при помощи специальных устройств мы смотрим распределение магнитного поля, — добавил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат технических наук Олег Викторович Анчугов. — Сейчас мы работаем над импульсными магнитами для специализированного источника СИ поколения 4+ ЦКП СКИФ, но начинали развивать это направление в ИЯФ намного раньше — с первого специализированного источника СИ “Сибирь-2” (НИЦ “Курчатовский институт”). Также наши кикеры стоят на синхротронах MAX IV (Швеция) и NSLS (Брукхейвенская национальная лаборатория, США), на установке в университете Дюка (США). Последние кикеры, самые мощные (с током в импульсе 32 килоампер), мы разрабатывали для ускорительно комплекса NICA (Дубна)».
Пресс-служба ИЯФ СО РАН
