Ученые ИЯФ СО РАН создали самые мощные магниты для ЦКП «СКИФ»

Магниты для накопительного кольца Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»), которые будут генерировать особо жесткое синхротронное излучение (СИ), создали в Институте ядерной физики (ИЯФ) им. Г. И. Будкера СО РАН, 18 сентября сообщила пресс-служба института.

Специалисты ИЯФ СО РАН выполнили технологически сложную сборку 16 диполей с постоянными магнитами (BPC) и провели измерения полученного магнитного поля, которое составило 2,15 Тесла. Поскольку BPC — это постоянные магниты и их магнитное поле нельзя выключить, сборка таких устройств требует от исполнителей большой осторожности.

Ускорительный комплекс ЦКП «СКИФ» создает для пользователей пучок ускоренных почти до скорости света заряженных частиц (синхротронное излучение, СИ), который они будут использовать для исследований в таких областях, как структурная вирусология, кристаллография белков, материаловедение и многих других.

Одной из важнейших характеристик СИ, создаваемого в ЦКП «СКИФ», является его очень малый эмиттанс (около 73 пм рад). Именно эта характеристика позволяет относить данный источник СИ к поколению «4+».

Эмиттанс пучка заряженных частиц — это численная характеристика пучков ускоренных частиц, во многом определяющая эффективность его использования в исследованиях. Чем меньше эмиттанс, тем выше качество пучка. По аналогии с оптикой ток частиц, деленный на эмиттанс, называют яркостью пучка.

СИ набирает высокий уровень яркости в накопительном кольце. Магнитная система накопительного кольца СКИФа будет включать в себя магниты различных типов. Заведующий сектором ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук пояснил:

«Физика устроена так, что для получения сверхмалого эмиттанса необходимо использовать поворотные магниты с очень слабым магнитным полем, которые испускают „мягкое“ излучение. Между тем жесткое рентгеновское излучение весьма востребовано у ученых, поскольку позволяет изучать плотные объекты, например, лопатки турбин авиадвигателей».

Для того чтобы удовлетворить потребности исследователей в жестком СИ, но не увеличивать при этом эмиттанс, ученые ИЯФ СО РАН решили для его генерации поставить на накопительное кольцо 16 очень сильных, но коротких поворотных магнитов.

Александр Старостенко рассказал: «Сделать такие диполи весьма непросто, исследования показали, что для этого нужно применить постоянные магниты. Изначально по техзаданию планировалось получить поле 2,05 Тесла, но мы подобрали марку постоянных магнитов с повышенной стойкостью к размагничиванию, использовали специальный материал 49К2Ф (пермендюр), главная особенность которого заключается в максимальной индукции насыщения, и получили даже большее поле. На данный момент специалисты собрали все 16 BPC-магнитов, измерили их и получили 2,15 Тесла».

По словам специалистов, самым сложным этапом в изготовлении таких магнитов является их сборка. «Обычно диполи проектируют с электромагнитной катушкой, но, чтобы добиться требуемого магнитного поля в нашем BPC и при этом сделать его компактным мы решили работать с постоянными магнитами. А это очень сложно», — добавила научный сотрудник ИЯФ СО РАН Татьяна Рыбицкая.

Если в катушке электрический ток, создающий магнитное поле, можно выключить и заниматься сборкой, то в постоянном магните поле невозможно выключить — нужно собирать конструкцию, а ее половинки притягиваются друг к другу с усилием порядка двух тонн. «Это очень интересная инженерная задача», — отметила Рыбицкая.

Технология сборки диполей включает 18 этапов, выполняющихся в строго определенной последовательности с использованием специально спроектированной и изготовленной оснастки. Суммарное время сборки одного BPC-магнита составляет два дня работы для опытной команды специалистов.

«Последний магнит, который буквально заталкивается внутрь диполя, обладает энергией 160 Джоулей, если он вылетит, мало не покажется, — поделился Александр Старостенко. — Для понимания, 10 Джоулей, выделившиеся в человеке, могут нанести серьезную травму. Поэтому сборка — это очень деликатная работа, которую выполняют люди подготовленные, а рабочее место оборудовано различными элементами защиты».

Напомним, Центр коллективного пользования «СКИФ» строится близ Новосибирска во исполнение Указа президента России от 25 июля 2019 года. Заказчик и застройщик ЦКП «СКИФ» — ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН». За проектную часть отвечает Центральный проектно-технологический институт (АО «ЦПТИ», входит в топливную компанию Росатома «ТВЭЛ»). Генеральный подрядчик — «Концерн Титан-2», входит в структуру Росатома.

Изготовлением и запуском всего технологически сложного оборудования для ЦКП «СКИФ» занимается Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН.