Сибирские ученые создали для ЦКП «СКИФ» устройства формирования пучка СИ
Разработку и изготовление несколько типов рентгеновских щелей, формирующих пучки синхротронного излучения (СИ) для Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») первыми в России выполнили специалисты Конструкторско-технологического института научного приборостроения (КТИ НП) СО РАН, 16 декабря сообщает издание СО РАН «Наука в Сибири» со ссылкой на пресс-службу ЦКП «СКИФ».
Индивидуальные конструкции щелей, предназначенных для работы в условиях глубокого вакуума и высоких радиационных нагрузок, изготовлены для четырех экспериментальных станций первой очереди и всех фронтендов (комплексов оборудования вывода пучка СИ из накопительного кольца на станции) ЦКП «СКИФ».
Директор КТИ НП СО РАН кандидат технических наук Петр Завьялов отметил: «До сих пор подобное оборудование делалось только в Германии, Англии и Дании. Мы разработали собственную технологию производства рентгеновских щелей, теперь российские исследователи смогут получать аппаратуру существенно дешевле и быстрее».
Конструктивно такая щель содержит четыре широких «ножа» из термоустойчивых металлов, «отрезающих» для формирования пучка СИ необходимого размера «излишки» излучения по горизонтали и по вертикали. Для этого они оснащаются автоматизированными приводами, управляющими положением конструкции в сверхвысоком вакууме.
Чтобы интенсивное излучение и высокие температуры не расплавили эту конструкцию, в КТИ НП СО РАН создали специальную охлаждающую систему, обеспечивающую в ходе эксперимента непрерывную циркуляцию воды по встроенным внутри каждого «ножа» каналу.
Как пояснил старший научный сотрудник ЦКП «СКИФ» кандидат физико-математических наук Константин Купер, устройство для генерации синхротронного излучения (вигглер) создает интенсивное излучение очень высокой мощности в широком спектральном диапазоне.
Поскольку для большинства научных экспериментов используется излучение с очень узким интервалом длин волн, более 99,9% мощности пучка СИ поглощается и рассеивается на оптических элементах станции. Это требует от материалов, из которых изготовлены компоненты установки, высокой термической стойкости.
«Плотность мощности пучка СИ настолько большая, что при нормальном падении на поверхность происходит локальный перегрев, который приводит к плавлению материала, из которого изготовлен „нож“. Чтобы уменьшить плотность мощности излучения, нож располагается так, что пучок падает на него под углом буквально в несколько градусов», — уточнил Петр Завьялов.
Для каждой станции необходимы разные типы щелей. Теплонагруженные с системой охлаждения щели используются для формирования пучка с высокой плотностью мощности, а неохлаждаемые — для финальной «очистки» готового пучка от возникающих в канале станции паразитных бликов.
При этом на щели, установленные на станциях 1-5 «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» и 1-3 «Быстропротекающие процессы», будет воздействовать наиболее интенсивное излучение.
Поэтому на станции 1-5 предусмотрена установка двух блоков теплонагруженных щелей, отсекающих излучение по координатам X и Y, и три блока неохлаждаемых щелей для заключительного формирования пучка перед направлением его на исследуемые образцы.
Для станции 1-3 «Быстропротекающие процессы» созданы самые крупные и термостойкие типы щелей, ножи которых содержат вставки из хромированной бронзы, имеющей большой предел прочности. А чтобы щели не пропускали жесткое рентгеновское излучение, на их выходных гранях предусмотрены накладки из тантала.
Так как для экспериментов, которые будут проводиться на станциях СКИФа, необходима тонкая настройка пучка СИ, то перемещение щелей должно быть прецизионным. Чтобы обеспечить высокую точность, шаг перемещения в разных типах щелей варьируется от одного до 10 микрон. Для этого их оснащают энкодерами (датчиками положения), изготовленными ОАО «СКБ ИС» из Санкт-Петербурга, добавил директор КТИ НП СО РАН.
Для возможности задавать точные координаты положения щелей и получать данные с энкодеров, чтобы автоматизировать управление экспериментом, в КТИ НП СО РАН было разработано специальное программное обеспечение.
Следует отметить, что ранее подобное оборудование для синхротронов производилось только за рубежом и стоило в 3–4 раза дороже.
Напомним, Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» — проект класса «мегасайенс» с источником синхротронного излучения поколения «4+», строится по заказу ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» в наукограде Кольцово под Новосибирском.
Уникальные характеристики, которые обеспечит синхротрон СКИФа, помогут вести исследования на новом уровне ученым во множестве областей — химии, физике, материаловедении, биологии, геологии, гуманитарных науках, а также помочь в решении задач инновационным и промышленным предприятиям России.