Interested Article - Специализированные источники синхротронного излучения
ainsleigh
- 2021-09-10
- 2
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
Источники синхротронного излучения условно делят на четыре поколения:
- 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 , 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, , 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 »
Top-Up режим
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
- 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 .
Некоторые источники СИ третьего поколения
Ссылки
- .
- E. M. Rowe and F. E. Mills, Tantalus I: A Dedicated Storage Ring Synchrotron Radiation Source, 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 .
- . Дата обращения: 16 ноября 2023. 16 марта 2023 года.
Литература
- — Сайт, посвященный синхротронам и источникам СИ. В том числе на сайте приведен список всех существующих в н.в. в мире источников СИ .
- , Г.Н. Кулипанов , А.Н. Скринский , УФН , т.122, вып.3, с.369 (1977).
ainsleigh
- 2021-09-10
- 2
