Австралийский синхротрон (ASP, Australian Synchrotron Project) — ускоритель электронов на энергию 3 ГэВ , специализированный источник синхротронного излучения рентгеновского диапазона, критическая энергия фотонов 7.8 КэВ ( длина волны 0.16 нм) . Построен в Мельбурне , открытие состоялось 31 июля 2007 года . Синхротрон расположен в Клейтоне, пригороде Мельбурна на месте кинотеатра на колёсах, рядом с научно-исследовательскими лабораториями компании « Telstra » и через дорогу от клейтонского кампуса университета Монаша .

Устройство

Ускорительный комплекс Австралийского синхротрона устроен по стандартной схеме: электронная пушка → линейный ускоритель → бустер на полную энергию → основное накопительное кольцо с устройствами для генерации СИ.

Электронная пушка

Электронная пушка нужна для создания пучка электронов, необходимого для генерации синхротронного излучения. Сперва, благодаря эффекту термоэлектронной эмиссии , нагретый металлический катод испускает электроны, которые затем ускоряются электрическим полем до энергии 90 КэВ и попадают в линейный ускоритель .

Линейный ускоритель

Линейный ускоритель ( линак ) использует серию высокочастотных резонаторов, действующих на частоте 3 ГГц , чтобы ускорить пучок электронов до энергии 100 МэВ. Длина его составляет 15 метров. Для эффективного ускорения, пучок электронов должен быть разделён на отдельные сгустки. Процесс разделения (бунчирование) производится в начале линейного ускорителя специальными 499.65 МГц резонаторами. Линак работает с частотой повторения 1 Гц. Расположенные вдоль линака квадрупольные магниты помогают сфокусировать пучок электронов.

Бустер

Из линейного ускорителя пучок электронов попадает в синхротрон-бустер, где увеличивает свою энергию от 100 МэВ до 3 ГэВ. Бустерное кольцо периметром 130 метров, собранное из FODO-ячеек на магнитах с совмещёнными функциями, содержит один ВЧ-резонатор, работающий на частоте 499.65 МГц, который ускоряет (в течение многих оборотов) пучок электронов.

Накопительное кольцо

Наконец, ускоренные электроны прибывают в накопительное кольцо. Оно имеет периметр 216 метров и состоит из 14 практически идентичных суперпериодов. Каждый суперпериод состоит из прямолинейного промежутка и поворота, каждый поворот содержит два дипольных магнита и сделан по схеме DBA (Double Bend Achromat). Каждый дипольный магнит может быть использован как источник синхротронного излучения, а в большинство прямых секций можно поставить дополнительные источники СИ ( вигглеры и ондуляторы ), что, в конечном итоге, позволяет выводить синхротронное излучение одновременно более чем на 30 пользовательских станций. Два прямолинейных промежутка заняты 499.65 МГц высокочастотными резонаторами, с амплитудой напряжения 3 МВ, которые компенсируют потери энергии электронов на излучение (более 900 КэВ за один оборот).

Накопительное кольцо также содержит множество квадрупольных и секступольных магнитов, необходимых для фокусировки пучка и коррекции хроматизма . По проекту время жизни пучка с током в 200 мА составляет 20 часов.

Вакуумная система

Пучок электронов во время ускорения в бустере, транспортировки в канале, и циркуляции в накопительном кольце движется в очень высоком вакууме . Вакуум необходим, так как любые столкновения электронов с молекулами газа приведут к быстрой деградации качества пучка (рост эмиттанса ) и сократят его время жизни. Вакуум получают, сохраняя пучок в системе труб из нержавеющей стали с множеством непрерывно работающих вакуумных насосов . Обычно в накопительном кольце поддерживается давление около 10 ⁻⁸ Па .

Система управления

Каждый цифровой и аналоговый канал ввода-вывода связан с записью базы данных входящей в высокоточно-настроенную распределенную систему баз данных под названием EPICS . Состояние системы проверяется и контролируется по специальным графическим пользовательским интерфейсам связанным с определёнными записями в базе данных . Контроль физически-связанных параметров пучка осуществляется с помощью MATLAB , который также обеспечивает инструменты анализа данных и взаимодействие с компьютерной моделью ускорителя.

Ссылки

Примечания