Физики ИЯФ СО РАН завершили разработку и производство системы электронного охлаждения для международного проекта НИКА

25.09.2015



ПРЕСС-РЕЛИЗ

Физики ИЯФ СО РАН завершили разработку и производство системы электронного охлаждения для международного проекта НИКА

Ученые ИЯФ СО РАН закончили разработку и изготовление системы электронного охлаждения для ион-ионного ускорителя НИКА, создаваемого в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. Новосибирское оборудование позволит существенно повысить качество ионного пучка в ускорителе и обеспечит возможность для проведения эксперимента на принципиально новом уровне. Стоимость системы составляет около 3 миллионов евро.

Эффективность столкновения пучков в ускорителе зависит от плотности потока ионов: чем сильнее сжаты пучки, тем больше вероятность столкновения частиц. Система, разработанная в новосибирском Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, позволяет в тысячи раз уменьшить фазовые объемы охлаждаемых пучков. Для этого холодные электроны направляются магнитным полем из электронной пушки в кольцо ускорителя. Здесь они сводятся с горячими ионами, какое-то время движутся по кольцу вместе и за счет столкновений охлаждают ионы.

Неохлажденный пучок ионов занимает все поперечное пространство камеры, и добавить в него новые частицы невозможно. Если же ионы охладить, они сожмутся в тонкий шнур, освобождая место для еще одной инжекции. За счет этого в синхротроне можно накапливать в десятки раз больше частиц. Электронные системы охлаждения (на профессиональном языке физиков – кулеры) открыли настолько широкие перспективы, что в настоящее время ионные накопители без них практически не используются.

«Неохлажденный пучок, – рассказывает руководитель работ по разработке и производству системы охлаждения, член-корреспондент РАН, заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН Василий Васильевич Пархомчук, – напоминает фонарик, а охлажденный – лазер, у которого очень узкая расходимость, маленький энергетический разброс, поэтому качество этих пучков существенно повышается. Плотность энергии у них существенно выше, чем у неохлажденных. Ни одна научная организация в мире не умеет делать оборудование такого класса. Наш институт является абсолютным лидером в этой области».

Длина кулера шесть метров, высота – четыре, вес – около 15 тонн. Он будет охлаждать различные пучки тяжелых ионов вплоть до золота. Энергия, которая достигается кулером, 60 киловольт, ток – до 3 ампер. Стоимость проекта оценивается в 3 миллиона евро, работы по контракту продолжались три года. До конца года в ИЯФ СО РАН будет производиться наладка оборудования, настройка электронного пучка, изучение режимов работы электронной пушки.

Через несколько месяцев кулер вместе со специалистами ИЯФ СО РАН отправится в Дубну. На начальном этапе сотрудники института будут заниматься отладкой установки и обучением коллег из ОИЯИ.

Идея создания систем электронного охлаждения была впервые предложена в ИЯФ СО АН ровно 50 лет назад, в 1965 году, и стала сенсацией в области ускорительной физики, так как кардинально расширяла возможности эксперимента. С тех пор в институте разработано и изготовлено несколько поколений таких установок, которые определяют мировой уровень ускорительной физики и технологий в этой области. Кулеры, разработанные ИЯФ СО РАН, используются сегодня в научных лабораториях всего мира, в том числе – на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.

Ускоритель тяжелых ионов НИКА – это работа Объединенного института ядерных исследований, осуществляемая в рамках mega-science проектов России. Периметр коллайдера – основного кольца ускорителя – 336 метров. Предполагается, что на нем будут получены ответы на ряд важных вопросов фундаментальной физики, а также найдется выход на практические приложения, в частности, может быть создан центр радиационной терапии онкологических заболеваний. ОИЯИ подписал меморандум о сотрудничестве в проекте НИКА с ИЯФ СО РАН, ЦЕРН, с Брукхейвенской национальной лабораторий (США), с китайскими и европейскими научными центрами. ИЯФ СО РАН разрабатывает и изготавливает для проекта НИКА не только систему электронного охлаждения, но и другие элементы установки, например, уникальные ускоряющие станции на основе новых аморфных магнитных материалов для бустера коллайдера.

Краткая справка об ИЯФ СО РАН

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН) – крупнейший академический институт страны, один из ведущих мировых центров в области физики высоких энергий и ускорителей, физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза. В институте ведутся крупномасштабные эксперименты по физике элементарных частиц на электрон-позитронных коллайдерах и уникальном комплексе открытых плазменных ловушек, разрабатываются современные ускорители, интенсивные источники синхротронного излучения и лазеры на свободных электронах. По большинству своих направлений Институт является единственным в России.

Уникальные установки и оборудование ИЯФ СО РАН составляют основу инфраструктуры для широкого спектра междисциплинарных научных и научно-технологических исследований, проводимых в созданных при Институте центрах коллективного пользования: Сибирском Центре синхротронного и терагерцового излучения, Центре фотохимических исследований, Центре геохронологии кайнозоя, Центре электронно-лучевых технологий. Возможностями этих центров ежегодно пользуются сотни организаций.

ИЯФ СО РАН отличает широкое многолетнее международное сотрудничество с большинством крупных зарубежных и международных центров. Яркий пример такого сотрудничества – участие Института в создании Большого Адронного Коллайдера в Европейском Центре Ядерных Исследований (г. Женева). В рамках этого сотрудничества ИЯФ СО РАН разработал, изготовил и поставил в ЦЕРН уникальное высокотехнологичное оборудование стоимостью около 200 миллионов швейцарских франков. Институт играет важную роль в ряде крупных российских проектов.

ИЯФ СО РАН ведет активную работу по подготовке научных и инженерно-технических кадров высшей квалификации. Институт является базовым для шести кафедр физического факультета НГУ и физико-технического факультета НГТУ, на которых обучается более 200 студентов. В аспирантурах ИЯФ СО РАН и университетов обучается около 60 молодых сотрудников Института. Ежегодно около 15 выпускников аспирантур пополняют ряды научных работников ИЯФ СО РАН, обеспечивая преемственность ведущих научных школ Института.

Пресс-служба ИЯФ РАН

©РАН 2020