​​​Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН разработали прототип необычного сверхпроводящего эллиптического ондулятора — устройства с периодическим магнитным полем, генерирующим ондуляторное излучение (ОИ) с циркулярно-поляризованным излучением. Планируется, что данный вид магнитов будет использоваться на экспериментальных станциях Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» и позволит пользователям работать с методом рентгеновского магнитного дихроизма, необходимого для изучения веществ со сложной магнитной структурой, например, редкоземельных элементов или молекулярных магнетиков.
 
При движении внутри ондулятора электрон попадает в поперечное магнитное поле, изменяющееся по спирали и генерирует циркулярно-поляризованное излучение. Хотя эксперименты со спиральными ондуляторами с вращающимся магнитным полем ведутся с 1970-х годов, схема установки, предложенная в Институте, реализована впервые в мире. Результаты работы были представлены на конференции Synchrotron and Free electron laser Radiation: generation and application (SFR-2020)
 
От качества магнитного поля в ондуляторе зависит качество излучения, которое получат пользователи на экспериментальных станциях, а, следовательно, и результаты их исследований. В физике точность магнитного поля в ондуляторе выражается в общепринятой величине — фазовой ошибке. Чем она меньше, тем выше яркость излучения. Среднеквадратичная ошибка три градуса вполне приемлема для многих экспериментов.
 
Одна из разработок специалистов ИЯФ СО РАН — эллиптический ондулятор, в котором благодаря необычной расстановке сверхпроводящих магнитных катушек, создается магнитное поле, изменяющееся по спирали вдоль ондулятора. На данный момент разработан и создан его прототип. Предполагается, что в будущем данный вид ондулятора будет использоваться на экспериментальных станциях ЦКП СКИФ.
 
«Сверхпроводящие катушки ставятся крест-накрест под углом 90 градусов, таким образом, выходящее, как обычно, вверх магнитное поле из нижнего ряда катушек сталкивается с противоположно направленным магнитным полем из верхнего ряда катушек, — рассказывает аспирант ИЯФ СО РАН Павел Викторович Каноник. — Встретившись, ни одно из этих полей уже не может замкнуться на самом себе, поэтому начинает искать альтернативное направление. Желание магнитного поля найти способ замкнуться создает добавочную магнитную компоненту — поперечную, что, в свою очередь, создает магнитное поле, вращающееся по спирали. Ондулятор называется эллиптическим, потому что поперечная компонента магнитного поля на 30 % меньше продольной, так что общее магнитное поле имеет форму растянутого круга, эллипса».​
 
Вид синхротронного излучения, при котором фотоны закручиваются по спирали, необходим пользователям для работы с методом рентгеновского магнитного дихроизма. Он позволяет изучать вещества со сложной магнитной структурой, например, редкоземельные элементы, которые используются в различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной и химической промышленности, в металлургии. Так на основе элементов неодима, иттрия, самария и других получают сплавы с рекордными магнитными свойствами для создания постоянных магнитов огромной мощности. Также современное материаловедение активно занимается созданием новых полифункциональных материалов с заданными магнитными свойствами — молекулярных магнетиков, которые обладают низкой плотностью, механической гибкостью, высокой намагниченностью, низкой магнитной анизотропией и др. Одна из основных областей применения таких материалов — молекулярная электроника, занимающаяся разработкой компактных устройств со сверхъемкой магнитной памятью.
 
Для того чтобы получать детальную информацию о магнитной структуре магнетиков с использованием рентгеновского излучения, необходима возможность быстрого переключения правой и левой поляризации излучения. У эллиптического ондулятора, разработанного и созданного в ИЯФ СО РАН, такая возможность предусмотрена.
 
«Некоторые вещества, например, редкоземельные элементы, имеют очень сложную магнитную структуру, — рассказывает советник дирекции ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Николай Александрович Мезенцев. — Для того чтобы при помощи рентгеновского излучения получать информацию только о ней, нужно уметь отделять рассеяние излучения на магнитных моментах от остальной информации — рассеяния на электронах атомов, электрическом поле ядер вещества — в данном случае ненужной. Это можно сделать при помощи переключения поляризации излучения в ондуляторе. Быстро меняя поляризацию с левой на правую и наоборот, а потом вычитая полученные результаты, мы получаем информацию только о взаимодействии фотонов с магнитным полем. Конструкция нашей системы, состоящая из двух эллиптических ондуляторов с левой и правой спиралью поля и быстрых корректоров между ними, сдвигающих орбиту летящих электронов так, что излучение экспериментатору идет то с левой, то с правой поляризацией, позволяет это делать».
 
В мире эксперименты со спиральными ондуляторами с циркулярно меняющимся магнитным полем ведутся уже с 1970-х годов, но переключение поляризации в них невозможный или технически очень сложный процесс. По словам специалистов ИЯФ СО РАН, предложенная в институте система сверхпроводящего ондулятора с эллиптическим полем и переключением поляризации первая в мире. 

«На данный момент мы создали прототип ондулятора и получили первые экспериментальные результаты — продемонстрировали эллиптическое магнитное поле. В будущем он может быть установлен на экспериментальных станциях ЦКП СКИФ для работы с методом рентгеновского магнитного дихроизма — запрос от пользователей уже есть, и они будут довольны, ведь ИЯФ СО РАН известен во всем мире производством сверхпроводящих вигглеров, которые генерируют СИ с нужными характеристиками», — добавляет Павел Каноник.
 
Пресс-служба ИЯФ СО РАН

 Фото предоставлено П. В.  Каноником

Источники

Необычный сверхпроводящий магнит разработали для ЦКП СКИФ
Наука в Сибири (sbras.info), 22/10/2020
Закрутили магнитное поле: необычный сверхпроводящий магнит разработали для ЦКП "СКИФ"
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 22/10/2020
Закрутили магнитное поле
Академгородок (academcity.org), 22/10/2020
Российские физики создали прототип сверхпроводящего магнита
News2 (news2.ru), 22/10/2020
Российские физики создали прототип сверхпроводящего магнита
News-Life (news-life.pro), 22/10/2020
Закрутили магнитное поле: необычный сверхпроводящий магнит разработали для ЦКП "СКИФ".
Advis.ru, 22/10/2020
Новосибирские физики разработали необычный сверхпроводящий магнит для строящегося синхротрона СКИФ
Seldon.News (news.myseldon.com), 22/10/2020
Российские физики создали прототип сверхпроводящего магнита для сибирского синхротрона
Национальные проекты: будущее России (futurerussia.gov.ru), 22/10/2020
Ученые ИЯФ СО РАН разработали необычный сверхпроводящий магнит
Sibnet.ru, 22/10/2020
Необычный сверхпроводящий магнит разработали для ЦКП СКИФ
RusCable.Ru, 22/10/2020
Российские ученые создали прототип магнита для сибирского синхротрона
Lenta.Ru, 22/10/2020
Закрутили магнитное поле
Научная Россия (scientificrussia.ru), 22/10/2020
Закрутили магнитное поле: необычный сверхпроводящий магнит разработали для ЦКП "СКИФ"
Поиск (poisknews.ru), 22/10/2020
Для ЦКП "СКИФ" разработали сверхпроводящий магнит
Atas.info, 22/10/2020
В ИЯФ разработали уникальное устройство для ЦКП СКИФ
ЧС Инфо (4s-info.ru), 23/10/2020
Новосибирские ученые разработали сверхпроводящий магнит для синхротрона
ИА Regnum, 23/10/2020
Новосибирские ученые разработали необычный сверхпроводящий магнит для "СКИФа"
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 22/10/2020
Новосибирские ученые разработали прототип магнита для ЦКП СКИФ
Академия новостей (academ.info), 23/10/2020
Новосибирские ученые придумали сверхпроводящий магнит для "СКИФа"
Аргументы и Факты (nsk.aif.ru), 25/10/2020
Необычный сверхпроводящий магнит разработали для ЦКП "СКИФ"
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 23/10/2020
Новосибирские ученые разработали прототип магнита для ЦКП СКИФ
Большой Новосибирск (polit-center.org), 23/10/2020
Закрутили магнитное поле: необычный сверхпроводящий магнит разработали для ЦКП "СКИФ"
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 24/10/2020
В ИЯФ СО РАН разработали необычный сверхпроводящий магнит для ЦКП «СКИФ»
Научная Россия (scientificrussia.ru), 29/10/2020
Сибирские ученые разработали уникальный сверхпроводящий магнит
Российская газета. СФО (rg.ru), 06/11/2020
Сверхпроводящий магнит. Ученые РФ первыми в мире создали уникальный прибор
Аргументы и Факты (aif.ru), 07/11/2020
Сибирские ученые разработали уникальный сверхпроводящий магнит
Всемирная Россия (vseruss.com), 23/11/2020

Похожие новости

  • 06/10/2020

    Все под рукой: как новосибирские физики готовятся к производству оборудования для новейшего синхротрона

    Центр коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП "СКИФ") — уникальная научная установка класса мегасайенс. Ее создание предусмотрено нацпроектом "Наука", и завершить эту работу планируется до 2023 года.
    386
  • 02/11/2020

    Госконтракт на производство оборудования для синхротрона "СКИФ" подпишут до 15 ноября

    Государственный контракт на производство технологического оборудования для Центра коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП "СКИФ"), который будет построен в наукограде Кольцово под Новосибирском, будет подписан до 15 ноября, сообщил в ходе форума OpenBio директор Института катализа им.
    211
  • 11/12/2018

    Как ученым достучаться до власти?

    ​Академик РАН, научный руководитель Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН Сергей Алексеенко стал в этом году лауреатом международной премии «Глобальная энергия». Награда присуждается ему за подготовку теплофизических основ для создания современных энергетических и энергосберегающих технологий, которые позволяют проектировать экологически безопасные тепловые электростанции (за счет моделирования процессов горения газа, угля и жидкого топлива).
    1717
  • 13/10/2020

    Почему Энергопарк остается недостижимой мечтой? Часть 3

    ​Часть 1. Почему Энергопарк остается недостижимой мечтой? Часть 2. Грозит ли программе "Академгородок 2.0" "электрический шок"? В последние годы жители Новосибирска столкнулись с новой напастью: с наступлением тепла на город периодически накатывает волна тошнотворных запахов.
    411
  • 23/01/2020

    Академик Павел Логачев: начать производство оборудования для синхротрона СКИФ необходимо не позднее марта

    ​Производство оборудования для Центра коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП "СКИФ") должно быть начато не позднее марта текущего года, чтобы не сорвать сроки проекта.
    613
  • 24/09/2019

    Новосибирские физики обсудили с коллегами со всего мира новое в работе с ускорителями частиц

    ​Новосибирские физики делятся опытом с учеными из разных стран. В Институте Ядерной физики - международное совещание: эксперты обсуждают новое в работе с ускорителями частиц. В чем новосибирские исследователи сегодня мировые лидеры? Прототип секции охлаждения электронного кулера для российского коллайдера «Ника», который сейчас строят в Подмосковье, представили в Институте ядерной физики СО РАН новосибирские ученые.
    681
  • 15/12/2016

    Директор ИЯФ СО РАН Павел Логачёв об ответственности академика, коллайдерах и Нобелевских премиях

    Для доктора физико-математических наук Павла Логачёва последние два года отмечены важными вехами в карьере. В 2015 году он стал третьим по счёту после Герша Будкера и Александра Скринского директором Института ядерной физики СО РАН — крупнейшего академического института России.
    5657
  • 24/06/2019

    Новая лаборатория ИК СО РАН примет участие в подготовке кадров для синхротрона

    ​Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования, созданная в конце 2018 года в Институте катализа Сибирского отделения РАН, займется разработкой стратегии использования синхротрона и подготовкой кадров для Центра коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП "СКИФ"), входящего в нацпроект "Наука", сообщил ТАСС директор Института катализа СО РАН Валерий Бухтияров.
    1059
  • 31/10/2019

    Российские физики «просветили» перспективный материал для атомной промышленности

    ​Технологии долговременного хранения отходов ядерного топлива и многие другие задачи промышленности, ядерной медицины, сегодня требуют разработки и создания новых функциональных материалов. Перспективными являются наноуглеродные структуры (фуллерены, углеродные нанотрубки и другие формы углерода).
    782
  • 12/10/2020

    Почему Энергопарк остается недостижимой мечтой? Часть 2

    Часть 1. Почему Энергопарк остается недостижимой мечтой? Помните знаменитый новозаветный афоризм: «Не вливают вина молодого в мехи ветхие»? Похоже, руководство НСО решило проигнорировать древнюю мудрость, предельно сосредоточившись на «молодом вине» и оставив открытым вопрос о «ветхих мехах».
    288