В России появилась отечественная технология создания линейных ускорителей электронов и позитронов!

Отсталая Россия, 08.06.2023

В России появилась отечественная технология создания линейных ускорителей электронов и позитронов! 🇷🇺🇷🇺🇷🇺 

В России изготовили и запустили клистрон — мощный высокочастотный усилитель, который необходим для работы линейных ускорителей электронов и позитронов (коллайдеров, синхротронов, источников комптоновского и терагерцевого излучения и других). 

Его создали в Институте ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН), который отвечает за разработку и изготовление оборудования для центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ).  

Клистрон был единственным недостающим звеном в полном цикле производства линейных ускорителей электронов и позитронов высокой энергии в России. 

Ранее подобные устройства производили только в Японии, США и Франции. 

В мае 2023 года в ИЯФ СО РАН на созданном прототипе клистрона достигнута проектная СВЧ мощность 50 МВт и другие параметры, гарантирующие работу линейного ускорителя СКИФ. 

Уже сейчас производство института приступило к изготовлению первых серийных приборов.  «Прорывные научные проекты во всем мире напрямую связаны с установками класса «мегасайенс». 

Именно поэтому сегодня, в Десятилетие науки и технологий, разработка клистрона станет важным заделом при обеспечении технологической независимости нашей страны. 

Важно понимать, что потенциальных зарубежных заказчиков еще больше, поскольку производителей таких устройств в мире мало», — прокомментировал глава Минобрнауки России Валерий Фальков.  

Линейный ускоритель — одна из основных частей ускорительного комплекса СКИФ. 

Именно здесь формируется пучок электронов, который поступает сначала в бустер-синхротрон, а потом в накопитель — источник синхротронного излучения. 

Параметры отправляемого в бустер пучка частиц также формируются в линейном ускорителе. 

В нем необходимо получить энергию частиц 200 мегаэлектронвольт (МэВ), 55 сгустков электронов с периодом 5.6 наносекунд и с зарядом в каждом сгустке 0.3 нК. 

Длина каждого сгустка должна быть около нескольких миллиметров.  

В линейном ускорителе электроны быстро набирают скорость, близкую к скорости света, а их траектория корректируется магнитной системой.

 Уже сформированные в линейном ускорителе пучки с частотой 2856 мегагерц поступают в бустер-синхротрон и ускоряются до рабочей энергии 3000 МэВ, а затем — в накопительное кольцо СКИФ длиной почти полкилометра. 

Здесь происходит накопление необходимого для исследователей количества частиц, которые движутся по круговой орбите, формируемой магнитами, и излучают синхротронное излучение. 

Это излучение по специальным каналам подается пользователям центра: биологам, химикам, геологам, материаловедам и другим. 

С его помощью они проводят свои работы, например определяют элементный состав вещества, изучают свойства новых материалов, исследуют быстропротекающие процессы, расшифровывают структуру белков и многое другое.  

Для ускорения пучка электронов в линейном ускорителе СКИФ до 200 МэВ необходимы мощные высокочастотные усилители — клистроны с выходной СВЧ мощностью более 50 мегаватт, создающие в структуре линейного ускорителя ускоряющее поле. 

Клистрон преобразовывает мощность непрерывного пучка в сверхвысокочастотную, то есть из непрерывного тока делает ток, который имеет частоту колебаний около 3 гигагерц. 

Клистрон — это преобразователь энергии электронов в энергию СВЧ колебаний. 

Небольшая СВЧ мощность, 500 Ватт, которая подается на вход клистрона, на выходе усиливается в сто тысяч раз.  

Центр коллективного пользования «СКИФ» — источник синхротронного излучения поколения 4+. Установка сооружается в Новосибирской области в рамках национального проекта «Наука и университеты» и во исполнение Указа Президента России от 25 июля 2019 года.  

Заказчиком и застройщиком ЦКП «СКИФ» выступает Институт катализа имени Г. К. Борескова СО РАН. Институт также единственный исполнитель по изготовлению и запуску технологически сложного оборудования для ЦКП «СКИФ».  

В настоящее время десятки организаций России привлечены к созданию ЦКП «СКИФ».

К ним относятся ООО «НПП Триада-ТВ» (Новосибирск), АО «БЭМЗ» (Бердск), ООО «Модульные системы Торнадо» (Новосибирск), АО «Воткинский завод» (Воткинск), ФАУ «СибНИА имени С. А. Чаплыгина» (Новосибирск), КТИ-НП СО РАН (Новосибирск), ИГиЛ СО РАН (Новосибирск), АО «ВАКУУММАШ» (Казань), ООО «Катод» (Новосибирск), АО ВНИИНМ имени А. А. Бочвара (Москва) и многие другие.