В 2003 году Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработал и изготовил для итальянской лаборатории ELETTRA сверхпроводящий вигглер — устройство для генерации синхротронного излучения. В январе 2018 года сотрудники ИЯФ СО РАН завершат коренную модернизацию этого устройства, в котором впервые удастся избежать испарения жидкого гелия в криогенной системе. Стоимость модернизации оценивается более чем в 500 тысяч долларов.

Лаборатория ELETTRA — это открытая площадка для ученых всего мира, где проводятся современные исследования на специализированном ускорителе электронов — источнике синхротронного излучения (СИ). Такое излучение позволяет проводить исследования во многих научных областях: от исследования структуры материалов до терапии раковых клеток и изучения новых фармацевтических препаратов. Спектр излучения, который генерируется благодаря вигглеру, невозможно получить каким-либо иным способом. Вигглер для ELETTRA был разработан в ИЯФ СО РАН в 2003 году, успешно проработал 14 лет и теперь будет коренным образом модернизирован.

Вигглер. Фото предоставлено Louisiana State Uni...

Вигглер. Фото предоставлено Louisiana State University

На протяжении двух десятков лет ИЯФ СО РАН занимается разработкой вигглеров. Свои новаторские идеи, конструкторские и технические решения специалисты стараются применять при проектировании и изготовлении новых устройств. В 2017 году ИЯФ СО РАН, став победителем конкурса Министерства образования и науки РФ совместно с Европейским центром СИ (ESRF) выполняет крупный проект стоимостью 80 млн рублей по разработке устройств для генерации СИ с предельно низким эмиттансом. Полученные в результате этой работы решения уже применяются при модернизации вигглера для ELETTRA.

«В вигглере создается сильное магнитное поле за счет использования сверхпроводящего кабеля, который позволяет пропускать большой электрический ток, — объясняет кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН Виталий Шкаруба. — Для этого сверхпроводники приходится охлаждать до температуры около 4 К при помощи жидкого гелия. Поэтому обычно вигглер представляет собой криогенный сосуд, наполненный жидким гелием. В обычном криостате гелий испаряется, и на дозаправку приходится тратить десятки тысяч долларов в год. Мы научились создавать на основе специальных холодильных машин криостаты, которые могут надежно работать годами на ускорителе без испарения жидкого гелия, что пока не было продемонстрировано никем в мире».

Модернизация вигглера позволит существенно увеличить надежность и устойчивость его работы. Это один из ключевых параметров для устройства, устанавливаемого на источник СИ, потому что время работы на такой установке распределяется между учеными из разных стран мира по жесткому графику. Кроме того, специалисты из ИЯФ СО РАН используют накопленный за последние годы опыт, чтобы улучшить магнитные параметры электрических обмоток вигглера для повышения надежности его работы.

«Важно интегрировать вигглер в ускоритель, не нарушая его общей структуры, чтобы не повлиять на качество электронного пучка, — отмечает Виталий Шкаруба. — Для этого необходимо понимание специфики работы не только того участка, куда устанавливается вигглер, а всей системы в целом. Сегодня, если говорят про сверхпроводящий вигглер, то подразумевается, что он спроектирован и собран в Новосибирске».

Разработка поддержана субсидией Министерства образования и науки РФ в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы».