Специализированные источники синхротронного излучения
Специализированные источники синхротронного излучения — ускорители электронов, построенные специально для генерации синхротронного излучения (СИ). Как правило, это синхротроны со специальными параметрами (большой ток пучка, малый эмиттанс, высокая яркость излучения). Однако, последние и проектируемые поколения источников СИ — это лазеры на свободных электронах и ускорители-рекуператоры (см., например, проект MARS).
Поколения источников СИ
[править | править код]Источники синхротронного излучения условно делят на четыре поколения:[1]
- Первое поколение — синхротроны, построенные для экспериментов по физике высоких энергий, где синхротронное излучение было побочным явлением. На этих установках впервые начали отрабатываться методики использования синхротронного излучения;
- Второе поколение — синхротроны, специально построенные для генерации СИ. В основном использовали для генерации излучения поворотные магниты. Первым ускорителем, построенным специально для использования синхротронного излучения стал синхротрон Tantalus[2], запущенный в 1968 году в США;
- Третье поколение — источники СИ сегодняшнего дня. При проектировании синхротронов 3-го поколения в их конструкции предусматривалось большое число длинных (5 и более метров) прямолинейных промежутков, предназначенных для установки специальных вставок, генерирующих СИ — вигглеров и ондуляторов. Использование для генерации излучения специализированных устройств гораздо более энергоэффективно — большая часть излучаемой электронами энергии выводится непосредственно на экспериментальные станции, при этом снятие магнитного поля с неиспользуемых в отдельные моменты времени вставных устройств позволяет также существенно уменьшить энергопотребление экспериментальной установки. Следует указать, что мощность потерь энергии электронами на одном вставном устройстве может превышать 300 кВт.
- Четвёртое поколение источников синхротронного излучения — это проекты, которые не являются более синхротронами. Дальнейшее совершенствование накопителей — а именно повышение плотности электронов, повышение яркости источника СИ уже физически невозможно. Критическим параметром стал эмиттанс — фактически, фазовый объём, занимаемый электронами при движении по орбите. При этом оказывается, что если даже в начальный момент инжекции электроны имели очень маленький эмиттанс, в процессе многократного (миллиарды раз) прохождения по орбите, они «забывают» о своем начальном состоянии, и эмиттанс пучка далее определяется квантовыми флуктуациями синхротронного излучения. Для уменьшения эмиттанса (и таким образом повышения яркости) предлагаются источники на базе лазеров на свободных электронах, а также линейных ускорителей с рекуперацией энергии «MARS»[3]
Top-Up режим
[править | править код]Top-Up или режим инжекции на полной энергии — режим работы ускорительно-накопительного комплекса (синхротрона). Для реализации Top-Up режима в составе комплекса необходимо иметь дополнительный, бустерный синхротрон, обеспечивающий инжекцию электронов в накопительное кольцо основного ускорителя на полной (рабочей) энергии ускорителя. Инжекция на полной энергии позволяет не проводить перенакоплений электронов, а добавлять электроны к уже движущимся в накопительном кольце, компенсируя происходящие потери частиц.
В отличие от этого режима, более распространенной конструкцией ускорительно-накопительного комплекса является такая, в которой инжекция происходит на энергии в несколько раз меньшей. Меньшая энергия инжекции позволяет иметь гораздо более дешёвую и компактную систему инжекции, но требует регулярных перекоплений электронного пучка (со сбросом ранее накопленных электронов), и последующего ускорения накопленных электронов до полной энергии в основном накопительном кольце.
Российские источники СИ
[править | править код]- Курчатовский источник синхротронного излучения — накопители Сибирь-1, Сибирь-2.
- «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» — ускорители ВЭПП-3, ВЭПП-4 — используются в том числе в качестве источников СИ. Также работает Новосибирский лазер на свободных электронах в терагерцовой области излучения.
- Зеленоградский электронный синхротрон — институт физпроблем им. Ф. В. Лукина (законсервирован).
- Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ) — строящийся специализированный источник поколения 4+, в Новосибирской области, около Наукограда Кольцово[4].
Некоторые источники СИ третьего поколения
[править | править код]
Ссылки
[править | править код]- ↑ Фетисов, Г.В. (2007), Синхротронное излучение, Москва: ФизМатЛит.
- ↑ E. M. Rowe and F. E. Mills, Tantalus I: A Dedicated Storage Ring Synchrotron Radiation Source, Particle Accelerators Архивная копия от 23 сентября 2021 на Wayback Machine, Vol. 4 (1973); pages 211-227.
- ↑ Kulipanov G.N.; Skrinsky A.N.; Vinokurov N.A. MARS - a project of the difraction limited fourth generation X-ray source based on supermicrotron (англ.) // Nuclear Instruments and Methods in Physical research : journal. — 2001. — Vol. A467—468 P1. — P. 16—21.
- ↑ Сайт сибирского кольцевого источника фотонов. Дата обращения: 16 ноября 2023. Архивировано 16 марта 2023 года.
Литература
[править | править код]- www.lightsources.org — Сайт, посвященный синхротронам и источникам СИ. В том числе на сайте приведен список всех существующих в н.в. в мире источников СИ.
- Использование синхротронного излучения: состояние и перспективы, Г.Н. Кулипанов, А.Н. Скринский, УФН, т.122, вып.3, с.369 (1977).
