Начато производство вакуумной системы для ЦКП «СКИФ»
- 28.12.2021
Вакуумная система синхротрона СКИФ – одна из важнейших. Пучок электронов, который, двигаясь почти со скоростью света, испускает синхротронное излучение, может существовать только в вакууме. Поэтому важно, чтобы в каналах, в которых накапливаются, ускоряются и транспортируются электроны, был высокий вакуум. Вакуумная система синхротрона СКИФ будет включать в себя вакуумную часть для бустерного и накопительного кольца, каналы транспортировки, электронную пушку и линейный ускоритель. Вместе это – более 900 метров вакуумных камер. В настоящее время на экспериментальном производстве Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) уже изготовлены первые десятки метров для бустерного кольца.
Фрагменты вакуумной системы синхротрона СКИФ. Фото - А. Сковородина
В комплексе СКИФ для генерации синхротронного излучения будет использоваться электронный пучок. Он создается в электронной пушке, ускоряется до энергии 200 МэВ в линейном ускорителе и попадает в бустерное кольцо. В бустерном кольце электроны ускоряются до полной энергии 3 ГэВ, после чего перепускаются в накопительное кольцо, где генерируется синхротронное излучение. Во всех частях ускорительного комплекса должен поддерживаться высокий вакуум. Требования к степени разрежения определяются необходимым временем жизни пучка частиц. В бустерном кольце необходимо время только для того, чтобы ускорить и перепустить пучок, а в накопительном ¬¬¬– пучок должен жить долго и сохранять свою интенсивность.
«Для бустерного кольца, – пояснил заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН Александр Краснов, – периметр которого составляет 160 метров, уже изготовлены первые десятки метров камер. Они имеют сложную геометрию, потому что проходят сразу через два дипольных магнита и линейный промежуток между ними, содержащий прецизионный монитор пучка и механический компенсатор температурных расширений камеры».
Вакуумная система ускорительного комплекса рассчитана с учетом газовыделения с внутренних стенок камер под действием синхротронного излучения. Пучок рассеивается на молекулах газа, теряет свои свойства и может распасться. Наиболее остро эта проблема стоит для накопительного кольца СКИФ, поскольку здесь пучок должен иметь время жизни не менее 10 часов. Поэтому здесь необходим самый высокий уровень разрежения – плотность молекул газа в накопительном кольце должна быть в триллионы раз меньше, чем в воздухе, которым мы дышим, это 10-9 миллиметров ртутного столба.
Александр Краснов пояснил, что в производство уже запущены прототипы части вакуумных камер для накопительного кольца. Основное внимание уделяется соединительным деталям, поскольку все стыки вакуумных элементов должны быть сделаны без ступенек, с сохранением гладкости внутренней поверхности камеры. Любые неровности вакуумной камеры влияют на динамику пучка, что может сказаться на увеличении эмиттанса и уменьшении яркости источника синхротронного излучения.
«Вакуумную систему бустерного кольца мы завершим в конце следующего года, – прокомментировал Александр Краснов, – К концу 2023 года весь ускорительный комплекс должен заработать. Поэтому в следующем году мы начнем серийное производство вакуумных элементов накопительного кольца».
Сейчас ведется разработка специализированных комбинированных насосов, которые будут обеспечивать требуемый уровень вакуума в накопительном кольце в присутствии интенсивного синхротронного излучения. В разработке принимает участие ООО «КАТОД» (г. Новосибирск), ООО «ПРИЗМА» (г. Искитим), которые уже много лет выпускают высоковакуумные насосы. Кроме того, в разработке элементов вакуумной системы примет принимает участие АО «ПОЛЕМА» (г. Тула) – завод порошковой металлургии, который производит геттеры, в частности, для нефтедобывающей промышленности. Их продукция оказалась пригодна для применения в сверхвысоковакуумных установках.
ЦКП «СКИФ» — уникальный по своим характеристикам источник синхротронного излучения поколения «4+» с энергией 3 ГэВ, который создается в рамках национального проекта «Наука и университеты» и программы «Академгородок 2.0» в наукограде Кольцово Новосибирской области как элемент современной отечественной сети установок класса «мегасайенс». Он позволит проводить исследования с предельно яркими и интенсивными пучками рентгеновского излучения для различных дисциплин – химии, физики, материаловедения, биологии, геологии и т. д. ЦКП «СКИФ» будет включать 30 экспериментальных станций, в год исследования на них смогут проводить до 2 000 ученых из России и зарубежных стран.
Заказчиком и застройщиком ЦКП «СКИФ» выступает ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН». Проектирует объект Центральный проектно-технологический институт (АО «ЦПТИ», входит в топливную компанию Росатома «ТВЭЛ»). Генеральным подрядчиком выступает «Концерн Титан-2», так же входящий в структуру Росатома. Единственный исполнитель по изготовлению и запуску технологически сложного оборудования для ЦКП «СКИФ» — Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН. Источник синхротронного излучения планируется создать к концу 2023 года, а в 2025 году должны начаться исследования на шести станциях первой очереди.