Ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН) при поддержке гранта РНФ разработали новое поколение высокоскоростных электронно-оптических приборов для диагностики пучков в ускорителях заряженных частиц - диссектор на основе стрик-камеры. 

Это устройство позволяет наблюдать за длиной сгустка в режиме реального времени. Изготовленные приборы уже используются для тонкой настройки ускорительных комплексов, а также для изучения динамики релятивистских пучков. Результаты работы опубликованы в издании Journal of Instrumentation.

"Современный ускоритель, - объясняет доктор физико-математических наук, заведующий научно-исследовательским сектором ИЯФ СО РАН Олег Игоревич Мешков, - очень сложное устройство, и чтобы получить и сохранить в нем пучок элементарных частиц, необходимо непрерывно контролировать массу параметров. Немаловажная характеристика пучка - это его геометрические размеры. Поперечные размеры пучка частиц на большинстве ускорителей в мире непрерывно измеряются с хорошей точностью, продольный же размер контролировать не так-то просто, потому что пучок частиц с длиной от нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров движется практически со скоростью света. Соответственно, длительность вспышки света, сопровождающей движение пучка в поворотном магните ускорителя, может составлять от единиц до десятков пикосекунд (10-12 с)".

Специалисты ИОФ РАН более полувека создают стрик-камеры - это электронно-оптические высокоскоростные фоторегистраторы, с помощью которых исследуют параметры изучаемого быстропротекающего процесса (БПП). Стрик-камеры ИОФ РАН имеют временное разрешение масштаба единиц пикосекунд, но они, как правило, используются для регистрации однократных процессов.

Проблема в том, что современные ускорители элементарных частиц работают круглосуточно, и параметры пучка должны измеряться на них непрерывно. Для надежного контроля параметров длины сгустка требуется временное разрешение в 1-3 пикосекунды. Поэтому ученые ИЯФ СО РАН и ИОФ РАН создали диссектор, предназначенный для измерения периодических процессов с временным разрешением до единиц пикосекунд. Стрик-камера формирует изображение БПП, а специальная система считывает его и преобразует в электрический импульс, регистрируемый осциллографом.

Созданные диссекторы нового поколения уже установлены на накопителе-охладителе Инжекционного комплекса ВЭПП-5 ИЯФ СО РАН, в дальнейшем его предполагают использовать на Новосибирском лазере на свободных электронах в ИЯФ СО РАН, есть предварительные соглашения о сотрудничестве с зарубежными коллегами.

В будущем, не исключают ученые, возможно оснащение таким оборудованием многих крупных ускорителей и источников синхротронного излучения во всем мире. "Отдел фотоэлектроники ИОФ РАН в состоянии обеспечить выпуск экспериментальных образцов пикосекундных диссекторных комплексов", - отметил доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом ИОФ РАН Михаил Яковлевич Щелев.

Ожидается, что совместная разработка ИЯФ СО РАН и ИОФ РАН вызовет большой интерес не только у сообщества физики высоких энергий и ускорителей, но также специалистов, которые работают с периодическими процессами на источниках СИ и при исследованиях в оптическом диапазоне. Этот прибор и разработанные методики измерений могут также быть интересными ученым из области физики твердого тела, биофизики, медицины.

Отечественной науке принадлежит приоритет в разработке электронно-оптических диссекторов. Созданный в 1970 годах в новосибирском Институте ядерной физики диссектор имел временное разрешение порядка 25 пикосекунд.

ИОФ РАН сегодня - единственное место в России, где возможно изготовить прибор для диагностики длины сгустка, соответствующий требованиям современных ускорителей. Здесь имеется необходимая уникальная технологическая база - сварка металла со стеклом, прецизионная сварка, формирование фотокатода, а также измерительные стенды с современными пико- и фемтсекундными лазерами.

В конце 40-х годов прошлого столетия физики-ядерщики сосредоточили свои усилия на решении атомной проблемы. Для регистрации изображений БПП была привлечена оптико-механическая высокоскоростная фотография. Однако физический предел ее временного разрешения ограничивался единицами наносекунд (10-9 с). В Курчатовском институте в научном коллективе академика Е.К. Завойского при участии профессора М.М. Бутслова и его исследовательско-технологического участка в отраслевом институте, впервые в мире были созданы времяанализирующие ЭОП типа ПИМ-УМИ, обеспечивающие в прямом эксперименте регистрацию оптических изображений БПП с временным разрешением лучше 10 пикосекунд (10-11 с).

С середины 60-х годов научные коллективы, возглавляемые нобелевскими лауреатами Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым, организовали в ФИАН широкомасштабное применение ЭОП в лазерной физике.

В 1989г. в ИОФ РАН академик А.М. Прохоров создал Отдел фотоэлектроники, куда пригласил ведущих специалистов - технологов из Всесоюзного научно исследователького института оптико-физических измерений и других отраслевых НИИ. По сей день в ИОФ РАН успешно функционирует исследовательско-технологическая цепочка по математическому моделированию, конструированию, технологическому сопровождению, изготовлению и испытанию на пико-фемтосекундных лазерных стендах экспериментальных образцов ЭОП, фотоэлектронных пушек, электронно-оптических камер и дифрактометров.

В 2013г. на Международной конференции ICONO-LAT в Москве, где академик Г.Н. Кулипанов выступал с пленарным докладом, а профессор М.Я. Щелев руководил секцией по сверхскоростной диагностике в лазерной физике, были установлены рабочие контакты между ИЯФ СО РАН и ИОФ РАН, и было принято решение о проведении совместных научно-исследовательских работ с целью создания электронно-оптических комплексов на основе пикосекундных диссекторов, предназначенных для диагностики синхротронного излучения.

Похожие новости

  • 14/08/2019

    Физический институт РАН получил максимальный грант в 2019 году

    Физический институт имени Лебедева Российской академии наук (РАН) получил максимальный грант Министерства науки и высшего образования РФ в размере более 280 млн рублей на обновление приборной базы в рамках нацпроекта "Наука".
    567
  • 25/12/2019

    РНФ поддержит 7 проектов, реализуемых совместно с тайваньскими учеными

    ​Российский научный фонд и Министерство науки и технологий Тайваня (MOST) объявили 7 победителей третьего совместного конкурса.  Поддержанные научные исследования будут направлены на решение конкретных задач в рамках следующих приоритетных направлений: высокотехнологичные транспорт и коммуникации; высокотехнологичное здравоохранение и медицина; искусственный интеллект.
    174
  • 21/06/2018

    В Москве прошел Всероссийский форум научных коммуникаторов

    1 июня 2018 года в Москве на площадке МФТИ прошел II Всероссийский форум научных коммуникаторов. Самым ожидаемым событием форума стало вручение премии «Коммуникационная лаборатория» за лучшие практики в области научной коммуникации.
    1177
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    2358
  • 15/11/2018

    Мегагранты: две стороны медали

    Четыре года назад Российский научный фонд объявил конкурс мегагрантов для научных учреждений страны. В список из 16 победителей конкурса вошли и два института Новосибирского научного центра – Институт ядерной физики СО РАН и Институт археологии и этнографии СО РАН.
    1038
  • 03/01/2017

    Новосибирские ученые научились имитировать «темную материю»

    ​Ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН научились моделировать взаимодействие гипотетической "темной материи" с обычным веществом, сообщил замдиректора ИЯФ Юрий Тихонов.
    1633
  • 04/08/2017

    Новосибирские ученые исследуют новые типы волоконных лазеров для линий связи

    Ученые НГУ, выигравшие грант Российского научного фонда (РНФ), намерены создать новый тип волоконных лазеров для высокоскоростных линий связи. Успешная реализация проекта позволит применить разработанные лазеры в качестве задающих источников информационного сигнала в телекоммуникационных системах на основе суперканалов.
    2002
  • 22/09/2016

    Минерал-индикатор поможет находить алмазные месторождения

    Российские ученые установили, что высокое содержание хрома в рутиле (минерале-спутнике алмаза) позволяет рассматривать рутил как новый высокоэффективный минерал при поиске алмазных месторождений. Исследования поддержаны Российским научным фондом.
    3195
  • 11/01/2019

    Главные новости сибирской науки в декабре 2018 года

    В результате анализа данных информационного портала ГПНТБ СО РАН «Новости сибирской науки» за декабрь 2018 г. выявлены самые рейтинговые сообщения по различным категориям.  В категории «Новости Минобрнауки / ФАНО» большой интерес вызвали публикации: 19 декабря – Глава Минобрнауки назвал задачи в рамках нацпроекта «Наука».
    3070
  • 22/07/2017

    Российские ученые установили, что тип галактики зависит от массы черной дыры

    Созданная астрономами модель объяснила, как черные дыры массой в несколько тысяч раз больше массы Солнца могут существовать в центрах шаровых звездных скоплений. Исследование научной группы из Новосибирского государственного университета и Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
    1467