Ученые ИЯФ СО РАН закончили разработку и изготовление системы электронного охлаждения для ион-ионного ускорителя НИКА, создаваемого в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. Новосибирское оборудование позволит существенно повысить качество ионного пучка в ускорителе и обеспечит возможность для проведения эксперимента на принципиально новом уровне. Стоимость системы составляет около 3 миллионов евро.
Эффективность столкновения пучков в ускорителе зависит от плотности потока ионов: чем сильнее сжаты пучки, тем больше вероятность столкновения частиц. Система, разработанная в новосибирском Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, позволяет в тысячи раз уменьшить фазовые объемы охлаждаемых пучков. Для этого холодные электроны направляются магнитным полем из электронной пушки в кольцо ускорителя. Здесь они сводятся с горячими ионами, какое-то время движутся по кольцу вместе и за счет столкновений охлаждают ионы.
Неохлажденный пучок ионов занимает все поперечное пространство камеры, и добавить в него новые частицы невозможно. Если же ионы охладить, они сожмутся в тонкий шнур, освобождая место для еще одной инжекции. За счет этого в синхротроне можно накапливать в десятки раз больше частиц. Электронные системы охлаждения (на профессиональном языке физиков – кулеры) открыли настолько широкие перспективы, что в настоящее время ионные накопители без них практически не используются.
«Неохлажденный пучок, – рассказывает руководитель работ по разработке и производству системы охлаждения, член-корреспондент РАН, заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН Василий Васильевич Пархомчук, – напоминает фонарик, а охлажденный – лазер, у которого очень узкая расходимость, маленький энергетический разброс, поэтому качество этих пучков существенно повышается. Плотность энергии у них существенно выше, чем у неохлажденных. Ни одна научная организация в мире не умеет делать оборудование такого класса. Наш институт является абсолютным лидером в этой области».
Длина кулера шесть метров, высота – четыре, вес – около 15 тонн. Он будет охлаждать различные пучки тяжелых ионов вплоть до золота. Энергия, которая достигается кулером, 60 киловольт, ток – до 3 ампер. Стоимость проекта оценивается в 3 миллиона евро, работы по контракту продолжались три года. До конца года в ИЯФ СО РАН будет производиться наладка оборудования, настройка электронного пучка, изучение режимов работы электронной пушки.
Через несколько месяцев кулер вместе со специалистами ИЯФ СО РАН отправится в Дубну. На начальном этапе сотрудники института будут заниматься отладкой установки и обучением коллег из ОИЯИ.
Идея создания систем электронного охлаждения была впервые предложена в ИЯФ СО АН ровно 50 лет назад, в 1965 году, и стала сенсацией в области ускорительной физики, так как кардинально расширяла возможности эксперимента. С тех пор в институте разработано и изготовлено несколько поколений таких установок, которые определяют мировой уровень ускорительной физики и технологий в этой области. Кулеры, разработанные ИЯФ СО РАН, используются сегодня в научных лабораториях всего мира, в том числе – на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.
Ускоритель тяжелых ионов НИКА – это работа Объединенного института ядерных исследований, осуществляемая в рамках mega-science проектов России. Периметр коллайдера – основного кольца ускорителя – 336 метров. Предполагается, что на нем будут получены ответы на ряд важных вопросов фундаментальной физики, а также найдется выход на практические приложения, в частности, может быть создан центр радиационной терапии онкологических заболеваний. ОИЯИ подписал меморандум о сотрудничестве в проекте НИКА с ИЯФ СО РАН, ЦЕРН, с Брукхейвенской национальной лабораторий (США), с китайскими и европейскими научными центрами. ИЯФ СО РАН разрабатывает и изготавливает для проекта НИКА не только систему электронного охлаждения, но и другие элементы установки, например, уникальные ускоряющие станции на основе новых аморфных магнитных материалов для бустера коллайдера.