Вигглеры заставляют пучок электронов двигаться по извилистой траектории
Начато испытание сверхпроводящего магнита для первого вигглера ЦКП «СКИФ», сообщает сайт Бердск-Онлайн со ссылкой на пресс-службу ИЯФ СО РАН.
Установка класса мегасайенс Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») позволит специалистам из различных областей наук – химикам, биологам, геологам, материаловедам и др. – изучать структуры объектов с нанометровым разрешением. Разглядеть детали менее сотни нанометров станет возможным благодаря предельно ярким и интенсивным пучкам рентгеновского излучения или синхротронного излучения (СИ). За генерацию пучка и его качество в установке отвечают специальные сверхпроводящие магниты – вигглеры. Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) создали и начали испытания первого вигглера для ЦКП «СКИФ».
Чтобы энергию пучка электронов, летящих в магнитном поле ускорительного кольца со скоростью света, превратить в синхротронное излучение, нужно заставить пучок двигаться по извилистой траектории. Для этого используются вигглеры – устройства, создающие на пути электронов магнитное поле специальной конфигурации.
В магнитном поле такого вигглера траектория электронного пучка, летящего по орбите ускорителя, многократно поворачивается то в одну, то в другую сторону. На каждом таком повороте часть энергии пучка теряется в виде синхротронного излучения рентгеновского диапазона. И чем на больший угол поворачивается пучок, тем мощнее будет это излучение. Для создания магнитного поля нужной конфигурации мы используем электромагнитные полюса, который располагаются по всей длине вигглера. На каждом таком полюсе направление магнитного поля меняется на противоположное. Такой магнит по-русски называется “змейка” (так как электроны двигаются в нем зигзагообразно), а по-английски – вигглер (от англ. wiggle – покачиваться, болтаться). Вигглер как бы “снимает” часть энергии электронного пучка в виде синхротронного излучения, которое затем используется как инструмент для работы пользовательских станций. На первом этапе строительства в ЦКП “СКИФ” будет установлено пять таких станций на основе сверхпроводящих магнитов.
Сверхпроводящие генераторы излучения можно условно поделить на два вида – вигглеры и ондуляторы. Конструктивно они схожи между собой. Отличие состоит лишь в форме спектра генерируемого излучения. Спектр излучения из вигглера непрерывный в широком диапазоне. Спектр ондулятора состоит из набора гармоник, но с гораздо большей интенсивностью, чем у вигглера. Это достигается за счёт интерференции излучения с каждого полюса, но требует очень высокой точности изготовления таких устройств.
Особенностью вигглеров, создаваемых в ИЯФ СО РАН, является использование обмоток из сверхпроводящего провода, который может пропускать очень большие токи при охлаждении до низких температур. Это, по сравнению с использованием обычных «тёплых» электромагнитов, позволяет получать существенно более высокие магнитные поля, а, следовательно, генерировать более интенсивное излучение.
ЦКП «СКИФ» — уникальный по своим характеристикам источник синхротронного излучения поколения «4+» с энергией 3 ГэВ, который создается в рамках национального проекта «Наука и университеты» и программы «Академгородок 2.0» в наукограде Кольцово Новосибирской области как элемент современной отечественной сети установок класса «мегасайенс». Он позволит проводить исследования с предельно яркими и интенсивными пучками рентгеновского излучения для различных дисциплин – химии, физики, материаловедения, биологии, геологии и т. д. ЦКП «СКИФ» будет включать 30 экспериментальных станций, в год исследования на них смогут проводить до 2 000 ученых.
