Ученые создали импульсные магниты для бустера СКИФ

Сейчас кикеры для синхротрона прошли частичную проверку и находятся в Корпусе стендов и испытаний (КСИ) Центра коллективного пользования Сибирский кольцевой источник фотонов (ЦКП СКИФ). ЦКП СКИФ Москва, 10 янв - ИА Neftegaz.RU. Ученые разработали и изготовили 5 импульсных магнитов (кикеров) для бустера-синхротрона СКИФ. Так называемые кикеры управляют впуском и выпуском электронов, а именно - бьют по пучку коротким, но при этом мощным импульсом тока, и с другими элементами выводят частицы на нужную орбиту.
Об этом сообщает пресс-служба Института ядерной физики (ИЯФ) имени Г.И. Будкера СО РАН.

Отмечается, что частично магниты уже проверены.
В настоящее время кикеры для синхротрона прошли все стендовые испытания и находятся в Корпусе стендов и испытаний (КСИ) ЦКП Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ).

Подчеркнем, что ускорительный комплекс ЦКП СКИФ - многокомпонентная установка, основными элементами которой выступают:

• линейный ускоритель (линак);
• синхротрон-бустер;
• накопительное кольцо.

Также в комплекс входят каналы перепуска, по которым сгустки электронов перемещаются из одного ускорителя в другой.

Подчеркивается, что впуском и выпуском электронов управляют импульсные магниты, или кикеры, которые воздействуют на пучок коротким, но мощным импульсом электромагнитного поля, и с другими элементами впускного (выпускного) промежутков выводят частицы на нужную орбиту.

В линаке электроны набирают скорость, близкую к скорости света, и с частотой 1 Гц поступают в бустер-синхротрон, где пучок ускоряется до 3 ГэВ и перепускается в накопительное кольцо.

В накопителе пучки электронов движутся по круговой орбите и испускают синхронное излучение (СИ), которое поступает пользователям центра, а именно - биологам, химикам, геологам и другим специалистам.

С его помощью ученые определяют элементный состав вещества, изучают свойства новых материалов, исследуют быстропротекающие процессы и пр.

Импульсные магниты для бустера-синхротрона СКИФ

Кикер - конструкция из магнитной системы и керамической вакуумной камеры со специальным напылением. Магнитное поле внутри конструкции создается медными пластинами, на которые от генератора подается мощный импульс тока.

Ускорители оснащаются кикерами инжекции и экстракции, что зависит от того, нужно осуществить впуск пучка или его выпуск.

Тезисы старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН, кандидата технических наук Д. Шведова:

• после того, как пучок электронов сформирован и ускорен в линаке, им необходимо управлять и двигать дальше - для этого и нужны импульсные магниты, или, как их называют в ускорительной физике, кикеры;
• задача кикеров - в нужный момент оказать на пучок воздействие, ударить по нему и вывести на орбиту, задать нужную траекторию движения без потерь частиц;
• кикеры бустера СКИФ воздействуют на пучок импульсом магнитного поля;
• сложности на этапах разработки и производства кикеров связаны с созданием очень короткого и однородного импульса тока;
• импульс (разработанных кикеров) имеет длительность 650 наносекунд (нс), что короче секунды в 1,5 млн раз;
• при этом амплитуда тока достигает 4 тыс. ампер (для сравнения: в бытовой розетке - до 10 ампер);
• также сложность представляет процесс напыления металла на внутреннюю поверхность керамических вакуумных камер;
• напыление позволяет магнитному полю достигать орбиты пучка.

Заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук А. Краснов рассказал, что ранее камеры с напылением поставляла немецкая Friatec.
Однако российские специалисты решили самостоятельно разработать технологию напыления и проводить процедуру в ИЯФ, что позволило провести импортозамещение в области создания современных сверхвысоковакуумных ускорительных установок.

Отмечается, что под руководством А. Краснова в лаборатории 1-4 института уже освоено нанесение резистивных пленок внутри узкоапертурных керамических вакуумных камер.

Сейчас ученые работают над созданием 4^х кикеров для большого накопительного кольца СКИФ и 2^х кикеров для измерения орбиты (кикеров удара). Ожидается, что они будут готовы в начале 2025 г.

Тезисы старшего научного сотрудника ИЯФ СО РАН, кандидата технических наук О. Анчугова:

• испытания кикеров проводятся на специальном стенде магнитных измерений, где с помощью специальных устройств изучается распределение магнитного поля;
• сейчас специалисты работают над импульсными магнитами для специализированного источника СИ поколения 4+ ЦКП СКИФ, но начинали развивать это направление в институте раньше - с первого специализированного источника СИ Сибирь-2 (НИЦ Курчатовский институт);
• также кикеры стоят на синхротронах MAX IV в Швеции и NSLS в Брукхейвенской национальной лаборатории в США, на установке в университете Дюка в США;
• последние кикеры с током в импульсе 32 килоампера разрабатывали для ускорительного комплекса NICA в Дубне.

Центр коллективного пользования СКИФ (ЦКП СКИФ)

• источник синхротронного излучения поколения 4+;
• проект реализуется в рамках национального проекта Наука и университеты по Указу президента России от 25 июля 2019 г.;
• установка сооружается в наукограде Кольцово в Новосибирской области;
• заказчик и застройщик ЦКП СКИФ - ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН;
• проектировщиком выступает Центральный проектно-технологический институт (ЦПТИ, входит в топливную компанию Росатома ТВЭЛ);
• генподрядчик - Концерн Титан-6 (тоже входит в Росатом);
• исполнитель по изготовлению и запуску технологически сложного оборудования для центра - Институт ядерной физики (ИЯФ) имени Г.И. Будкера СО РАН;
• планируемый срок реализации проекта - с 2018 г. до 2034 г.

Напомним, что первые элементы для станции синхротрона СКИФ были отправлены учеными из Томского политехнического университета (ТПУ) еще в декабре 2023 г.
В феврале 2024 г. стало известно о начале сборки магнитной системы для накопительного кольца, где формируется магнитное поле для электронных пучков.