Статус СКИФа: важнейшие системы мегасайенс-установки тестируют на стенде

В наукограде Кольцове в Новосибирской области продолжается сооружение уникального ускорительного комплекса — Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФа). Готово 95 % оборудования, его изготавливает Институт ядерной физики им. Будкера (ИЯФ) СО РАН. Ученые испытали «Линак-20» — стенд, на котором проверят важнейшие системы мегасайенс-установки. Этому посвящено наше интервью с Алексеем Левичевым, заведующим лабораторией ИЯФ.

— Давайте вначале напомним читателям, как устроен СКИФ.

— Это источник синхротронного излучения четвертого поколения. В линейном инжекторном ускорителе рождаются электроны и ускоряются до энергии 200 МэВ. Электроны накапливаются в синхротроне-бустере и из него попадают в основное кольцо, которое служит для генерации синхротронного излучения. Особенность синхротронного излучения заключается в высокой интенсивности и яркости, а также в широком, вплоть до жесткого рентгена, спектре, который позволит изучать молекулярные и атомные процессы в веществе. Можно будет на самом тонком уровне исследовать множество явлений в таких областях, как биология, химия, медицина, физика твердого тела и др.

— Расскажите, пожалуйста, о «Линаке-20».

— Он представляет собой начальную часть линейного ускорителя инжектора СКИФа. Единственное отличие — уменьшенная до 50 МэВ выходная энергия пучков электронов. Для работы комплекса СКИФ необходимо 200 МэВ. В «Линаке-20» нет дополнительных ускоряющих структур, которые будут в реальном комплексе. Здесь мы ограничиваемся одной ускоряющей структурой из пяти. Но на стенде будут протестированы ключевые и наиболее сложные задачи ускорителя: получение пучков электронов, управление током пучка, продольная группировка пучка, захват в режим регулярного ускорения. Пучки электронов будут представлять собой полностью сформированные сгустки, которые уже не подвержены существенному изменению, то есть на СКИФе их необходимо будет всего лишь ускорить до 200 МэВ.

На стенде будут полностью проверены многие другие системы — управления, синхронизации, диагностики, термостабилизации и т. д. Работоспособность всех систем и достижение параметров на «Линаке-20» практически гарантирует успешный запуск линейного ускорителя инжекционного комплекса.

— Объясните принцип работы «Линака-20».

— В нашем линейном ускорителе ускорение происходит в переменном электрическом поле. В переменном поле частица приобретает энергию только в определенный момент — когда амплитуда поля имеет правильный знак по отношению к заряду частицы. Для отрицательно заряженного электрона это отрицательные значения амплитуды электрического поля.

В ускорительной технике принято оперировать не понятием «время», поскольку оно очень короткое, а «фаза». Пучок должен находиться в процессе ускорения в определенной фазе ускоряющего поля. Самая простая аналогия — с серфингом. Бегущая волна накатывает на берег. Серфингист должен подплыть и забраться на гребень волны так, чтобы с нее не свалиться и чтобы волна его не опередила. Если он достигнет такого баланса, то всегда будет находиться в одной точке гребня волны и двигаться вместе с волной. В этом случае можно говорить, что скорость человека равна скорости волны.

Бегущая волна электромагнитного поля, как и волна в океане, распространяется в регулярных ускоряющих структурах линейного ускорителя. Электроны должны быть правильно «посажены» на «гребень», тогда они будут также «видеть» всегда одну и ту же амплитуду ускоряющего поля, а значит, всегда приобретать энергию. В этом случае говорят, что частицы двигаются с фазовой скоростью волны. Основное отличие от серфинга — скорость, практически равная скорости света. При этом, как и в серфинге, самое сложное — попасть на гребень. Нужно все сделать правильно, чтобы успеть набрать скорость, равную фазовой скорости волны. Иначе либо пучок «свалится», либо «волна» обгонит пучок. Если же пучок оказался в правильном месте в правильное время — фазу, дальше все становится значительно проще. На «Линаке-20» мы и должны отработать этот режим — инжекции в регулярную ускоряющую структуру.

— Что показал пробный запуск стенда?

— Работоспособность всех устройств, от источника СВЧ мощности до модулятора управления током пучка. Были проверены некоторые элементы диагностики линейного ускорителя, магнитной системы, системы синхронизации и др. Следующая задача — продольно сжать пучки и ускорить до энергии 50 МэВ.

Ян Зубявичус
Заместитель директора по научной работе, Институт катализа им. Борескова СО РАН

— К началу работы экспериментальных станций сформируются экспертные советы по ключевым направлениям исследований. Эксперты будут рассматривать заявки на пучковое время для синхротронных измерений на той или иной станции от любых научно-образовательных учреждений, включая международные, и отбирать лучшие. Источник синхротронного излучения будет работать круглосуточно без выходных, с короткими остановками на регламентное техобслуживание оборудования. Планируется выйти на 6,5 тыс. часов работы для пользователей в год.

КЛЮЧЕВЫЕ УЧАСТНИКИ ПРОЕКТА ЦЕНТРА КОЛЛЕКТИВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ «СКИФ»

• Генеральный проектировщик — Центральный проектно-технологический институт (входит в ТВЭЛ)
• Генеральный подрядчик — «Титан-2»
• Технический заказчик, строительный контроль — «Интекс»
• Научно-техническое сопровождение в области строительных технологий и обеспечения виброустойчивости — Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
• Научно-техническое сопровождение в области технологий термостабилизации — «Техзащита»
• Генеральный конструктор и изготовитель технологического оборудования ускорительного комплекса — ИЯФ СО РАН
• Разработчики экспериментальных станций: Институт гидродинамики им. Лаврентьева СО РАН, Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН, Томский политехнический университет и др.