В ИЯФ СО РАН создали 800 газопоглощающих насосов для вакуумной камеры СКИФ
800 геттерных (газопоглощающих) насосов, которые будут обеспечивать проектные параметры для вакуумной камеры ускорителя СКИФ, разработали и произвели специалисты Института ядерной физики (ИЯФ) им. Г. И. Будкера СО РАН совместно с новосибирским ООО «Оптикон» и тульским заводом порошковой металлургии АО «Полема», 21 августа сообщила пресс-служба ИЯФ СО РАН.
Заряженные частицы во всех видах ускорителей должны двигаться в глубоком вакууме, так как, если электроны в пучке, разогнанные до огромных скоростей, будут сталкиваться с атомами остаточного газа, они будут рассеиваться и гибнуть на стенках вакуумной камеры. Это приведет к сокращению времени жизни пучка и возрастанию радиационного фона вокруг ускорителя.
Проектные параметры установки предусматривают, что уровень разряжения газа в вакуумной камере ускорителя должен быть на 12 порядков ниже того, который существует в обычной комнате.
Для создания геттерных насосов российские специалисты благодаря проекту ЦКП «СКИФ» разработали свою технологию, позволившую заместить импортное оборудование, что может быть полезно для реализации других научных проектов. В том числе при исследовании физиками ИЯФ СО РАН возможностей использования этих вакуумных насосов в плазменных установках.
Работа по совершенствованию технологии еще не завершена, но испытания уже созданных прототипов геттерных насосов показали, что они обеспечивают скорость откачки водорода в 1300 л/с, а дейтерия — 700 л/с.
Результаты испытаний были представлены в статье «Сосредоточенные сверхвысоковакуумные насосы на базе нераспыляемых геттеров», опубликованной в журнале «Известия РАН».
Заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Краснов пояснил важность проделанной ими работы:
«За время жизни пучка отвечают вакуумные камеры, которые проходят сквозь все магниты. Это самое незаметное, но очень важное оборудование. Именно по замкнутой орбите внутри последовательности соединенных друг с другом вакуумных камер и движется пучок электронов. От характеристик этих камер, а именно от герметичности, уровня разреженности, зависит бесперебойная циркуляция пучка электронов в синхротроне».
Важнейшей задачей, подчеркнул ученый, является обеспечение вакуумноплотности камеры по всей орбите, длина которой составляет 477 метров. Еще одной проблемой является вызываемое интенсивным синхротронным излучением испарение молекул газа, оседающих на внутренней поверхности вакуумных камер. Потоки этих молекул дают основную нагрузку для систем откачки.
Решение этих задач требует применения высокоэффективных геттерных насосов, которые должны располагаться по всей кольцевой траектории пучка, причем достаточно близко друг от друга. При этом нужны компактные насосы, так как плотно расположенные магнитные элементы практически полностью ограничивают доступ к вакуумным камерам, отметил Александр Краснов.
Согласно этим требованиям, для синхротрона СКИФ в ИЯФ СО РАН совместно с ООО «Полема» разработали и изготовили высокоэффективные комбинированные насосы, создающие вакуум до 10–11 Торр. Газопоглощающие материалы для них произвел завод порошковой металлургии АО «Полема».
«Геттерные насосы обычно подразделяются на сосредоточенные — такие насосы устанавливаются в каком-то конкретном месте вакуумной камеры, и распределенные — представляют собой газопоглощающее вещество, нанесенное на стенки камеры, — дополнил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат технических наук Алексей Семенов. — На накопительном кольце ЦКП „СКИФ“ в основном будут установлены сосредоточенные насосы на базе нераспыляемых геттеров».
На мировом рынке основным производителем таких насосов является итальянская компания SAES Getters. Их устройства использовали в установках Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария). Однако уже на этапе проектирования ЦКП «СКИФ» стало понятно, что покупка геттерных насосов за рубежом будет очень дорогой, и в ИЯФ СО РАН с 2020 года стали развивать это направление.
Поскольку геттерные насосы обеспечивают высокую скорость откачки на единицу объема, то они также могут использоваться в плазменных установках, где нужно откачивать интенсивные потоки водорода и дейтерия. В ИЯФ СО РАН в настоящее время ведутся в этом направлении поисковые исследования.
«Мы изготовили и протестировали прототип вакуумного насоса на базе нераспыляемых геттеров. Устройства показали скорость откачки по водороду 1300 л/с и по дейтерию — 700 л/с. Разумеется, менять крионасосы на геттеры в существующих в ИЯФе плазменных установках не планируется, но, например, рассмотреть возможность их использования в проекте Газодинамической магнитной ловушки (ГДМЛ), который реализуется в нашем институте, вполне реально», — рассказал Алексей Семенов.
ГДМЛ стал магистральным проектом ИЯФ СО РАН по физике плазмы. Ученые рассчитывают, что разработка ГДМЛ продемонстрирует возможность проектирования компактного, экономически и экологически привлекательного термоядерного реактора, основанного на магнитных ловушках открытого типа.
Напомним, Центр коллективного пользования «СКИФ» (Сибирский кольцевой источник фотонов) сооружается в Новосибирской области во исполнение Указа президента России от 25 июля 2019 года. Единственным исполнителем по изготовлению и запуску технологически сложного оборудования для ЦКП «СКИФ» является Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН.