ИЯФ СО РАН завершает проверку ондулятора для одной из станций ЦКП «СКИФ»

Финальные контрольные измерения функционирования уникального электромагнитного ондулятора для поляризационных экспериментов на станции «Электронная структура» Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») начали ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), 23 октября сообщает пресс-служба института.

Ондулятор, как и всё остальное сложное оборудование для ЦКП «СКИФ», был спроектирован и произведен сотрудниками ИЯФ СО РАН. После завершения измерений они этой осенью установят данное устройство в ускорительный комплекс СКИФа.

Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов», создаваемый вблизи Новосибирска, станет источником синхротронного излучения (СИ) поколения «4+». С помощью этого излучения биологи, химики, археологи и специалисты других сфер науки и техники смогут на 30 специализированных станциях проводить свои эксперименты на качественно новом, атомарном уровне.

В первую очередь в работу будут запущены семь пользовательских станций. Это «Микрофокус», «Структурная диагностика», «XFAS-спектроскопия и магнитный дихроизм», «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне», «Быстропротекающие процессы», «Базовые методы синхротронной диагностики для образовательной, исследовательской и инновационной деятельности студентов» и «Электронная структура».

Особенности исследований, которые будут проводиться на каждой станции, потребовали от физиков ИЯФ СО РАН разработки для каждой оригинальной конструкции устройства генерации СИ.

Так, на станции «Электронная структура» для специалистов в двух направлениях исследований, а именно: изучение in situ («на месте») каталитических реакций и изучение взаимодействия излучения с твердым телом (важные исследования для полупроводниковой промышленности), будет предоставлен метод фотоэлектронной спектроскопии.

В синхротронах обычно основные источники излучения — это вигглеры и ондуляторы. В этих магнитных системах попавший в них пучок электронов начинает двигаться зигзагообразно и генерировать СИ, повышая его интенсивность. В пользовательских станциях первой очереди будут установлены четыре ондулятора, два вигглера и один жесткий поворотный магнит.

Магнитная система ондулятора создает знакопеременное периодическое магнитное поле, которое и формирует волнообразную траекторию электронов за счет поперечного знакопеременного ускорения. Такая траектория движения электронов обеспечивает испускание ими синхротронного излучения в пределах ограниченного угла.

Заведующий сектором ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Константин Золотарев уточнил принцип работы данного устройства:

«Попадая в ондулятор, электроны начинают лететь по синусоидальной траектории и на каждом таком изгибе излучать. Особенность ондуляторов, в отличие от тех же вигглеров, в том, что отдельные фотоны, излученные с разных полюсов ондулятора, могут интерферировать между собой. Таким образом они усиливают друг друга, если совпадают по фазе, или гасят, в противном случае. Это позволяет получать существенное увеличение интенсивности СИ для определенных длин волн».

Специализированный эллиптический ондулятор, разработанный в ИЯФ СО РАН для станции «Электронная структура», обеспечивает четыре режима с вертикальным и редко реализуемым в таких устройствах горизонтальным магнитным полем. Это дает пользователям возможность проводить поляризационные эксперименты по изучению динамики электронных спинов в атомных переходах.

«Стандартный ондулятор — планарный, его полюса, располагающиеся сверху и снизу вакуумной камеры, создают вертикальное магнитное поле, которое, в свою очередь, заставляет электроны отклоняться в горизонтальной плоскости от своей равновесной орбиты то вправо, то влево, — пояснил научный сотрудник ИЯФ СО РАН Денис Гуров. — Но в данной конструкции ондулятора есть еще боковые полюса, которые позволяют создавать также знакопеременное магнитное поле в горизонтальной плоскости. Оно, соответственно, вызывает движение электронов в вертикальной плоскости».

Для получения двух различных ориентаций поля используют, например, постоянные магниты на сверхпроводниках, но специалисты ИЯФ применили для этого обычные теплые электромагнитные катушки из меди с водяным охлаждением внутри.

В данном ондуляторе 46 вертикальных и 92 горизонтальных полюса. Они представляют собой штыри прямоугольного сечения, установленные на железном магнитопроводе, а вокруг них установлены катушки, подключенные к источнику стабилизированного тока.

От величины подаваемого тока зависит величина генерируемого магнитного поля. Для данного ондулятора максимальное значение вертикального магнитного поля равно 5 килоГаусс, а горизонтального — 1 килоГаусс, уточнил Денис Гуров.

Пользователь может работать в следующих режимах устройства: планарном, когда включено только вертикальное поле; циркулярных режимах — когда одновременно включены горизонтальное и вертикальное поле или равной величины, или в различных пропорциях, а также в режиме подавления катушками коррекции третьей гармоники ондуляторного излучения.

Ондулятор для станции «Электронная структура» имеет длину почти пять метров и станет самым длинным вставным устройством в накопительном кольце СКИФа. Он сделан из специальной стали, практически содержащей только железо. Такой выбор материала обусловлен тем, что при циклическом изменении поля он сразу возвращается к изначальным параметрам. Это позволяет снизить ошибки, возникающие при переключении между режимами ондулятора.

«Из-за больших размеров мы транспортируем ондулятор в накопительный тоннель до того, как основное кольцо будет замкнуто, поэтому к нам предъявляются дополнительные временные требования, — добавил Константин Золотарев. — Ориентировочно, мы должны будем завести его на СКИФ не позднее октября, а так как другие вставные устройства появятся на кольце позже, то, возможно, первое СИ из вставного устройства будет получено именно из этого ондулятора».

В настоящее время специалисты ИЯФ СО РАН занимаются магнитными измерениями ондулятора. По их завершении он может быть установлен в накопительный тоннель ускорительного комплекса СКИФа.

«Мы должны проверить, как работает ондулятор во всех четырех режимах и во всех возможных амплитудах: от максимальных 5 килоГаусс до 1 и меньше. Еще одна важная задача — проверить, не изменяет ли ондулятор первый и второй интеграл, то есть не влияет ли устройство на оптику электронного пучка, на его смещение и угол отклонения», — заключил свои пояснения Денис Гуров.