Ученые Института ядерной физики им Г. И. Будкера СО РАН создали и начали испытание первого вигглера для Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов». Вигглеры — это специальные сверхпроводящие магниты, которые отвечают за генерацию пучка и его качество в установке.
«В синхротроне электронный пучок вращается внутри полукилометрового кольца, разогнанный примерно до скорости света. Для того чтобы превратить часть энергии в излучение, необходимо на некотором участке орбиты заставить его двигаться по извилистой траектории. Это делается с помощью специальных вигглеров, которые создают на участке орбиты магнитное поле специальной конфигурации», — рассказал заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН доктор технических наук Виталий Аркадьевич Шкаруба.
Вигглер
Вигглер (по-русски такое устройство называется «змейка») состоит из большого количества электромагнитных полюсов, изготовленных таким образом, что на каждом из них магнитное поле меняет свое направление. В итоге пролетающий через него пучок электронов поворачивает то в одну, то в другую сторону и двигается по извилистой траектории. При повороте часть электромагнитного поля, которое сопровождает электронный пучок, отрывается от него. Чем на больший угол отклоняется пучок, тем больше электромагнитного поля оторвется. В виде синхротронного излучения оно по специальным вакуумированным каналам попадает на пользовательские станции, где его уже используют в качестве инструмента для изучения различных объектов.
На ЦКП СКИФ первой очереди предполагается установить пять таких пользовательских станций. Магнит для одной из них уже изготовлен, и сегодня начались его испытания. Они будут проходить примерно неделю.
Размер вигглера два метра, а точность его изготовления по всей длине должна быть не больше 20 микрон (толщина человеческого волоса — 50—60 микрон). Исследователи научились компенсировать неточности изготовления, используя специальные токи коррекции. Вкупе со сложным математическим алгоритмом это позволяет даже не в самых качественных катушках получать магнитное поле правильной геометрии. Для создания больших магнитных полей ученые используют специальный провод, изготовленный из титанового сплава ниобия. При охлаждении до температуры жидкого гелия (-269 °C) он приобретает свойства сверхпроводимости и позволяет пропускать токи больше тысячи ампер при диаметре меньше миллиметра.
Криостат
«Чтобы остудить сверхпроводящий магнит, нужно опустить его в специальный криостат — своеобразный “термос” c жидким гелием. Это мы сегодня и сделали и начали испытание магнита. Необходимо будет, во-первых, измерить уровень магнитного поля, его величину и конфигурацию, и сравнить наши измерения с расчетами», — сказал Виталий Шкаруба.
При работе непосредственно на ЦКП СКИФ такой криостат использовать будет нельзя. Жидкий гелий испаряется, и нужно компенсировать его уровень. По словам ученых, в год на это может уходить несколько миллионов рублей. Поэтому они спроектировали так называемый сухой криостат. Магнит в нем расположен не в ванне с жидким гелием, а в вакууме, повешенный на специальных растяжках, и охлаждается с помощью специальных холодильных машин. «Такой криостат позволит работать на кольце СКИФ надежно, эффективно и не требует обслуживания в течение нескольких лет (что очень важно, так как СКИФ будет функционировать круглосуточно). Этот магнит будет размещен в радиационной зоне с биозащитой», — отметил ученый.
Сотрудники ИЯФ поместили вигглер в криостат и налаживают оборудование
Исследователи параллельно работают над вигглерами для пяти пользовательских станций ЦКП СКИФ. Сделать все пять устройств планируется в течение ближайшего года. «Каждый из магнитов будет сделан по своим параметрам (в соответствии с требованиями, которые предъявляет к нему пользователь станции) и настроен на необходимый уровень излучения. Как только построят здание ЦКП СКИФ, мы готовы переехать туда и устанавливать оборудование», — объяснил Виталий Шкаруба.
«Наука в Сибири»
Фото Дианы Хомяковой
