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

  • 23/09/2019

    Игра российских «-тронов»: построят ли «СКИФ»

    ​Судьба СКИФ под угрозой со стороны проекта Курчатовского института, считают академики Сибирского отделения РАН. На прошлой неделе общее его собрание выразило свою озабоченность в специальной резолюции.
    380
  • 27/09/2019

    На коллайдере NICA в Дубне уже через год стартуют эксперименты

    ​​Ускорительный комплекс из разряда mega-science, который создается в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне под аббревиатурой NICA, начнет работу уже в следующем году. А в 2021-м там уже планируют начать полномасштабные научные эксперименты.
    459
  • 26/12/2016

    В ИЯФ СО РАН разрабатывают новый способ лечения опухолей мозга

    ​Сотрудники Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН исследуют метод микропучковой рентгеновской терапии злокачественных опухолей мозга. Уже проведены пробные эксперименты по облучению клеточных культур глиомы человека с добавлением наночастиц оксида марганца.
    1866
  • 02/03/2018

    Первые испытания начались на коллайдере NICA в Дубне

    ​Ученые из США, Тель-Авива, Германии, Франции и России два дня назад начали эксперименты на коллайдере тяжелых ионов NICA в Дубне Московской области. Об этом на пресс-конференции в Новосибирске рассказал директор лаборатории физики высоких энергий Владимир Кекелидзе.
    881
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    454
  • 30/08/2018

    Новосибирские ученые знают, как разбить древность на атомы

    Озера, древние книги, иконы, кости мамонтовой фауны или доисторического человека, деревянные колоды из погребений и даже болотный торф - все эти объекты можно точно датировать, определить время их создания, появления на свет или, если речь идет о живом существе, период обитания на Земле.
    859
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    873
  • 25/10/2016

    Экспериментальная установка покажет, как бороться с перегревом термоядерного реактора

    Ученые Института ядерной физики СО РАН им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН), Московского энергетического института (НИУ МЭИ) и ОИВТ РАН создали экспериментальный стенд РК-3, на котором будут проводиться исследования гидродинамики и теплообмена жидкометаллических теплоносителей в условиях ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) и других термоядерных реакторов-токамаков.
    1715
  • 24/10/2019

    Сергей Ревякин: эффективность в цифрах

    Исследовательская работа — часть любого бизнеса, и на каждом этапе исследования различаются и масштабами, и задачами. Но как вычислить эффект, который они производят? О разных видах исследований, типичных проблемах при их проведении и специфике Росатома рассказывает президент корпоративного и правительственного сектора аналитической компании Elsevier в России Сергей Ревякин.
    194
  • 16/10/2017

    Пассажиров аэропорта Дели проверяет техника, разработанная учеными ИЯФ СО РАН

    Система рентгенографических сканеров Express Inspection, совместной разработкой которых занимался Новосибирский Институт ядерной физики им Г. И. Будкера СО РАН и Орловский завод «Научприбор», проходит апробацию в Индии.
    1091