В экспериментальном производстве Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ СО РАН) приступили к сборке и настройке SQ-квадрупольных и секступольных магнитов для Центра коллективного пользования «СКИФ» (Сибирский кольцевой источник фотонов). Ускоряясь почти до скорости света, при повороте электроны начинают испускать синхротронное излучение. Но чтобы достичь этого, пучок электронов должен обладать определёнными параметрами. SQ-квадрупольные и секступольные магниты выполняют функцию коррекции формы и орбиты пучка электронов в накопительном кольце синхротрона СКИФ.

Электроны рождаются и формируются в пучки электронов в линейном ускорителе. После этого пучки в бустере набирают необходимую энергию и направляются в накопитель. Это одна из ключевых частей установки. В его вакуумной камере в условиях низкого давления пучок может существовать в течение суток. Параметры пучка формируются с помощью многофункциональных магнитов, от правильной настройки которых зависит его качество. Это важный этап «подготовки» пучка электронов в накопителе, где он движется по круговой орбите на очень высокой энергии — 3 ГэВ. После этого пучок перенаправляют в ондуляторы — специальные устройства, в которых электроны испускают синхротронное излучение. Данное излучение по специальным каналам подается пользователям центра: биологам, химикам, геологам, материаловедам и другим.

Корректирующие SQ-квадрупольные магниты нужны для того, чтобы вносить небольшие изменения в орбиту движения пучка в накопительном кольце. Основную же функцию по формированию орбиты пучка выполняют дипольные магниты. Производство части из них для СКИФ уже закончено в институте. SQ-квадрупольная коррекция нужна для «шлифовочных» изменений, чтобы довести систему до идеального состояния. Корректор с SQ-квадруполью благодаря своему строению работает и как линза, и как корректор. Он фокусирует и дефокусирует пучок в небольших масштабах и обеспечивает возможность тонкой подстройки орбиты и формы. Это позволяет оператору, получив данные от систем диагностики, вводить корректирующие параметры во время настройки ускорителя.

Магниты на экспериментальном производстве ИЯФ СО РАН

«Подобных магнитов множество, но все они обладают своими параметрами и уникальными характеристиками. Сам пучок будет очень-очень тонкий, значит, и магнитные элементы для его корректировки нужны тоже миниатюрные. Сначала были проведены расчёты, потом по их результатам спроектировали магниты определённой формы. Эти магниты миниатюрные, в то время как для другой установки мы делали такие магниты размером 1–2 метра. У магнитов данного типа токи и, соответственно, поля, небольшие, но требования к качеству поля высокие. Однородность интеграла должна составлять не более 0,4%, то есть форма интеграла в области ±10 мм должна находиться в пределах 0,4%», — объясняет младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Алексей Пахомов.

На данный момент произведены все корректирующие магниты данного типа, они проходят финальную коммутацию и магнитные измерения для более точной настройки накопителя. Магнитные измерения проводятся с помощью специализированного оборудования: сквозь магнит проходит измерительная «каретка», положение и траектория движения которой контролируются при помощи лазер-трекера.

Второй тип магнитов, который был разработан для накопительного кольца, — секступольные магниты. Они также необходимы для коррекции пучка и наделения его определёнными характеристиками. Секступоль может придать пучку более сложную форму за счёт того, что магнит имеет шесть полюсов, которые воздействуют на пучок. Секступольный магнит является элементом фокусировочной системы.

Всего для синхротрона требуется около 250 секступольных магнитов. «В процессе своей жизни характеристики пучка могут “поплыть”, и чтобы он соответствовал заданным требованиям, его пропускают через магнитные линзы. Секступоль является одной из представительниц этого семейства магнитных элементов», — говорит руководитель стенда магнитных измерений младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Константин Жиляев.

Заказчиком и застройщиком ЦКП «СКИФ» выступает ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН». Проектирует объект Центральный проектно-технологический институт (АО «ЦПТИ», входит в топливную компанию Росатома «ТВЭЛ»). Генеральным подрядчиком выступает «Концерн Титан-2», входящий в структуру Росатома. Единственный исполнитель по изготовлению и запуску технологически сложного оборудования для ЦКП «СКИФ» — Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН. Завершение строительно-монтажных и пусконаладочных работ по всем объектам ЦКП «СКИФ» намечено на декабрь 2024 года.

Источник: ИЯФ СО РАН.