俄罗斯科学家为SKIF加速器开发五种特殊脉冲磁铁装置

2025-01-10 14:09  浏览:1485  

1月9日,俄罗斯以G.I.命名的核物理研究所(INP)新闻部门发布消息称,该研究所的科学家们为SKIF助推器开发并制造了五种特殊装置——脉冲磁铁。这些脉冲磁铁能够“撞击”电子束,并与其他元件协同作用,将粒子精准地带入所需的轨道。

西伯利亚环形光子源使用中心(SKIF使用中心)加速器综合体助推器核心任务是产生电子束,并将其加速到所需能量,然后将其注入存储环。电子束以接近光速的速度在圆形轨道上运行,为用户产生同步辐射(SR)。

SKIF加速器综合体是一个多组件装置,主要由直线加速器、同步加速器助推器和存储环组成。此外,还配备了旁路通道,使电子束能够从一个加速器“飞”到另一个加速器。其中,直线加速器负责使电子快速获得接近光速的速度,并以1Hz的频率进入助推同步加速器。在助推器中,光束被加速至3吉电子伏,随后被转移至存储环。在存储环中,电子束持续发射同步辐射,为生物学家、化学家、地质学家、材料科学家等专家提供研究支持。

为了实现电子束的有效控制和转移,SKIF加速器综合体采用了脉冲磁铁或“启动器”。这些特殊装置通过非常短但强大的电磁场脉冲“击中”电子束,将其引导至所需轨道。

据INP员工Dmitry Shvedov介绍,电子束在直线加速器中形成并加速后,需要对其进行有效的控制和进一步引导。为实现这一目标,脉冲磁铁(在加速器物理学中通常称为踢脚器)被安装在加速器的特定位置。踢脚器的主要任务是在适当的时刻对电子束施加影响,撞击它并将其发射到预定的轨道上,从而确保电子束能够按照设定的轨迹运行而不丢失粒子。

脉冲磁铁是一种复杂的结构,由磁系统和带有特殊涂层的陶瓷真空室组成。其内部的磁场由铜板产生,而铜板则通过发电机接收强大的电流脉冲。Shvedov补充道,在喷射器的开发和生产阶段,主要面临两大困难:一是如何产生非常短且均匀的电流脉冲,二是如何在陶瓷真空室的内表面上完成金属溅射过程,以确保磁场能够顺利到达电子束的轨道。

为了克服这些困难,BINP SB RAS的实验室在Alexander Krasnov的领导下,成功掌握了在窄孔径陶瓷真空室内应用电阻膜的技术。这一技术对于创建现代超高真空加速器装置至关重要,也是进口替代的一个成功案例。

目前,同步加速器助推器的启动器已通过所有必要的台架测试,并已送往SKIF集体使用中心。专家们正在为大型SKIF存储环生产更多的脉冲磁体,计划于2025年初准备就绪。

此外,BINP SB RAS还为其他国际加速器项目提供了脉冲磁体技术。例如,其踢脚器已安装在杜克大学(美国)的MAX IV同步加速器(瑞典)和NSLS(美国布鲁克海文国家实验室)上。同时,该研究所还为NICA加速器综合体(杜布纳)开发了最新、最强大的推进器。

SKIF助推器的主要任务是产生电子束,并将其加速到所需的能量水平,然后将其引入存储环。在存储环中,电子束将以接近光速的速度在圆形轨道上运行,为用户产生同步辐射(SR)。

作为新型同步加速器综合体的一部分,SKIF加速器综合体包括直线加速器、同步加速器助推器和存储环等主要组成部分。集体使用中心“西伯利亚环形光子源”(SKIF)是一个大型科学级项目,正在新西伯利亚科学城科利佐沃建设。该项目由34座建筑物和构筑物以及工程和技术设备组成,旨在利用超高速电子束进行科学研究的实施。

新型SR源具有独特的特性,将能够提供明亮而强烈的X射线束,从而在各个领域进行尖端研究。此外,SKIF还将有助于解决创新和工业企业当前面临的问题,为科学研究和技术创新提供强有力的支持。

‌西伯利亚环形光子源是先进的第4代同步加速器辐射源,用于研究物质的结构及原子特性,并计划于2025年投入使用 。它位于新西伯利亚附近的科利佐沃科学城,由俄罗斯制造90%以上的设备,旨在为青年科研人员提供科研平台,并推动在生物学、化学、医学等领域的新知识发现‌。2024年12月18日据《科学俄罗斯》报道,西伯利亚环形光子源(SKIF)项目同步加速器初级阶段的直线加速器成功启动。该直线加速器长25米,其参数由荧光传感器、光谱仪和法拉第杯等设备精确测量,与设计要求完全相符。12月29日,塔斯社援引俄罗斯部长内阁最新批准的文件报道称位于新西伯利亚地区的SKIF同步加速器发射时间将从原定的2024年12月31日推迟至2025年。这一变动已在俄罗斯法律信息官方门户网站上正式公布。

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