Erikoistuneet synkrotronisäteilyn lähteet

Erikoistuneet synkrotronisäteilyn lähteet ovat elektronikiihdyttimiä, jotka on rakennettu erityisesti synkrotronisäteilyn (SR) tuottamiseksi. Yleensä nämä ovat synkrotroneja , joilla on erityiset parametrit (suuri sädevirta, pieni emittanssi , korkea säteilyn kirkkaus ). Uusimmat ja ennustetut SR-lähteiden sukupolvet ovat kuitenkin vapaita elektroneja lasereita ja rekuperaattorikiihdyttimiä (katso esimerkiksi MARS -projekti ).

SI-lähteiden sukupolvia

Synkrotronisäteilyn lähteet on perinteisesti jaettu neljään sukupolveen: [1]

1. Ensimmäinen sukupolvi ovat synkrotroneja, jotka on rakennettu korkeaenergisiin fysiikan kokeisiin, joissa synkrotronisäteily oli sivuvaikutus. Näissä laitoksissa alettiin ensimmäistä kertaa kehittää synkrotronisäteilyn käyttömenetelmiä;
2. Toinen sukupolvi on synkrotroneja, jotka on erityisesti rakennettu SR-sukupolvea varten. Pohjimmiltaan säteilyn tuottamiseen käytettiin taivutusmagneetteja. Ensimmäinen erityisesti synkrotronisäteilyn käyttöä varten rakennettu kiihdytin oli Tantalus synchrotron [2] , joka lanseerattiin vuonna 1968 Yhdysvalloissa;
3. Kolmas sukupolvi ovat tämän päivän SI:n lähteitä. Kolmannen sukupolven synkrotroneja suunniteltaessa niiden suunnittelu tarjosi suuren määrän pitkiä (5 metriä tai enemmän) suoraviivaisia ​​rakoja, jotka oli tarkoitettu erityisten SR- kiipeilijöiden ja aaltoilijoiden asennukseen . Erikoislaitteiden käyttö säteilyn tuottamiseen on paljon energiatehokkaampaa - suurin osa elektronien emittoimasta energiasta syötetään suoraan koeasemille , kun taas magneettikentän poistaminen pistokkeista, joita ei käytetä tiettyinä aikoina, voi myös vähentää merkittävästi kokeellisen asennuksen virrankulutusta. On syytä huomauttaa, että elektronien energiahäviöiden teho yhdellä pistokelaitteella voi olla yli 300 kW.
4. Neljännen sukupolven synkrotronisäteilylähteet ovat hankkeita, jotka eivät enää ole synkrotroneja. Akkujen edelleen parantaminen - nimittäin elektronitiheyden lisääminen, SR-lähteen kirkkauden lisääminen on jo fyysisesti mahdotonta. Emittanssista tuli kriittinen parametri - itse asiassa elektronien käyttämä vaihetilavuus liikkuessaan kiertoradalla. Osoittautuu, että vaikka elektronien emittanssi oli injektoinnin alkuhetkellä hyvin pieni, kiertoradalla useiden (miljardeja kertoja) kulkemisen prosessissa ne "unohtavat" alkutilansa ja säteen emittanssi on edelleen määräytyy synkrotronisäteilyn kvanttivaihteluista. Emittanssin vähentämiseksi (ja siten kirkkauden lisäämiseksi) ehdotetaan lähteitä, jotka perustuvat vapaisiin elektroneihin lasereihin , sekä lineaarisiin kiihdyttimiin, joissa on energian talteenotto " MARS " [3]

Täydennystila

Top-Up eli täyden energian ruiskutustila on kiihdytin-varastokompleksin (synkrotroni) erikoistunut toimintatapa. Top-UP-tilan toteuttamiseksi osana kompleksia tarvitaan ylimääräinen, tehostinsynkrotroni, joka varmistaa elektronien ruiskutuksen pääkiihdyttimen varastorenkaaseen kiihdytin täydellä (työ)energialla. Injektio täydellä energialla mahdollistaa sen, että elektroneja ei kerätä uudelleen, vaan elektroneja voidaan lisätä varastorenkaassa jo liikkuviin, mikä kompensoi syntyviä hiukkasten häviöitä.

Toisin kuin tämä tila, kiihdytin-varastointikompleksin yleisempi rakenne on sellainen, jossa ruiskutus tapahtuu useita kertoja pienemmällä energialla. Pienempi ruiskutusenergia mahdollistaa paljon halvemman ja kompaktimman injektiojärjestelmän, mutta se vaatii elektronisäteen säännöllistä uudelleenkeräystä (jossa vapautuu aiemmin kerääntyneitä elektroneja) ja sitä seuraavaa kerääntyneiden elektronien kiihdytystä täyteen energiaan. päävarastorengas.

Venäjän SI-lähteet

• Kurchatov synkrotronisäteilyn lähde - varastorenkaat Sibir-1, Sibir-2.
• "Siperian Synkrotroni- ja Terahertsisäteilykeskus" - kiihdyttimiä VEPP-3 , VEPP-4 - käytetään muun muassa SR-lähteinä. Novosibirskin vapaiden elektronien laser säteilyn terahertsialueella toimii myös.
• Zelenograd Electron Synchrotron - Fyysisten ongelmien instituutti, joka on nimetty V.I. F. V. Lukin (koipalloinen).

Jotkut kolmannen sukupolven SI-lähteet

• Australian Synchrotron (ASP)
• ALBA
• APS
• BESSY II
• Timantti
• ELETTRA
• SOLEIL
• kevät-8

Linkit

1. ↑ Fetisov, G.V. (2007), Synchrotron Radiation , Moskova: FizMatLit  .
2. ↑ EM Rowe ja FE Mills, Tantalus I: Dedicated Storage Ring Synchrotron Radiation Source, Particle Accelerators Arkistoitu 23. syyskuuta 2021, Wayback Machine , Vol. 4 (1973); sivut 211-227.
3. ↑ Kulipanov GN; Skrinsky A.N.; Vinokurov NA MARS - projekti diffraktiolla rajoitetusta neljännen sukupolven röntgenlähteestä, joka perustuu supermikrotroniin  (englanniksi)  // Nuclear Instruments and Methods in Physical research : Journal. - 2001. - Voi. A467-468 P1 . - s. 16-21 .

Kirjallisuus

• www.lightsources.org — Synkrotroneille ja SR-lähteille omistettu sivusto. Sivusto sisältää luettelon kaikista nykyisen vuosisadan olemassa olevista. SI - lähteiden maailmassa .
• Synkrotronisäteilyn käyttö: uusinta tekniikkaa ja tulevaisuudennäkymiä , G.N. Kulipanov , A.N. Skrinsky , UFN , osa 122, numero 3, s. 369 (1977).