В ноябре 2025 года мировая научная общественность отметит 130-летие открытия невидимых всепроникающих лучей. Это открытие принесло их автору – Вильгельму Конраду Рентгену Нобелевскую премию, а учёным-физикам мощный инструмент познания тайн природы. В преддверии этого знаменательного юбилея 18 декабря 2024 пучок из источника электронов СКИФ пролетел сквозь структуру линейного ускорителя (25 м) и достиг проектной цели.
Лучи α, β, γ и их начальные результаты
В 1895 году, вскоре после открытия Рентгена, Эрнесту Резерфорду было поручено изучить процесс ионизации газов под действием рентгеновских лучей. В 1898 году Резерфорд открыл альфа- и бета-лучи. Спустя год Поль Вийяр открыл гамма-излучение. В 1911 Резерфорд, направив альфа-лучи сквозь тонкую фольгу из золота, по итогом полученного результата пришёл к разработке планетарной модели атома. Согласно этой модели, атом состоит из очень маленького положительно заряженного ядра, содержащего большую часть массы атома и обращающихся вокруг него лёгких электронов. Но малая мощность источников излучений того времени не устраивала учёного и он писал: «Если бы в нашем распоряжении были заряженные атомы с энергией, в десять раз превосходящей энергию альфа-частицы радия, то, вероятно, мы могли бы проникнуть в нуклеарную структуру всех атомов, а иногда вызвать их разрушение».
Так, в 30-х годах XX столетия он обозначил путь дальнейшего развития ядерной физики – создание приборов, которые могли кратно увеличить энергию частиц до получения частиц высокой энергии. И с этих лет началась эра ускорительной техники.
Циклотрон, синхрофазотрон, коллайдер. Что лучше?
Первый ускоритель частиц состоял из двух полых половинок диска, внутри которых вращаются частицы. Так был создан циклотрон. Задуман Эрнестом Лоуренсом в 1929 году и сконструирован в 1931 году.
В 1944 году советский физик Владимир Векслер и независимо от него годом позже американец Эдвин Макмиллан (Edwin McMillan) придумали принцип автофазировки. В электрическом поле специальной настройки частицы стали запускать не в диске, а в длинной свернутой в кольцо трубе. Так появились синхрофазотроны. В основе многих современных ускорителей, в частности LHC, лежит принцип синхрофазотрона.
Дальнейшим шагом в совершенствовании ускорительной техники стало создание коллайдеров – ускорителей со встречными пучками, где два пучка частиц раскручиваются в противоположных направлениях и сталкиваются друг с другом.
Эту идею запатентовал в 1943 году норвежский физик Рольф Видероэ
В начале 1960-х к реализации этой идеи приступили итальянцы под руководством австрийца Бруно Тушека, американцы под руководством Джерарда О’Нейлла и Вольфганга Пановски и новосибирская группа учёных под руководством Г. И. Будкера.
Коллайдеры Г. И. Будкера
Свой институт – Институт ядерной физики Сибирского отделения АН СССР Герш Ицкович при поддержке Игоря Курчатова создал в 1957, и в 1958 году его лаборатория преобразуется в отдельный институт. Здесь начинается реализация метода встречных пучков. Первый пучок в накопитель ВЭП-1 захвачен в 1964 году, а в 1967 году коллектив института во главе с Будкером за серию экспериментов получает Ленинскую премию. В дальнейшем здесь строятся коллайдеры ВЭПП-2, ВЭПП-2М, ВЭПП-4, ВЭПП-2000. В последние годы жизни Будкер активно продвигал идею линейного коллайдера на энергию в несколько сотен ГэВ.
Сибирский СКИФ
В 2018 году было принято решение проектировать центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов». Главное здание будет иметь диаметр 230 метров. Всего в состав СКИФа войдут: 34 здания и сооружения, оборудование ускорительного комплекса, оборудование экспериментальных станций. Заказчик и застройщик – Институт катализа СО РАН. Проектные работы выполнены в ИЯФ СО РАН.
Все сооружения наземные. Всего 30 экспериментальных станций. Инжекционная система будет работать с частотой 1 Гц и использовать линейный ускоритель для ускорения электронных пучков до 200 МэВ.
18 декабря 2024 пучок из источника электронов (электронной пушки) Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») пролетел сквозь всю структуру линейного ускорителя (25 м), Это событие прокомментировал директор ИЯФ СО РАН академик РАН Павел Логачев:
«Запуск линейного ускорителя ЦКП «СКИФ» – очень важный этап реализации проекта. Во-первых, потому что это первая часть действующего оборудования на своем родном месте, в здании, где линейный ускоритель будет работать все время существования СКИФ. С другой стороны, это одна из самых сложных систем всего ускорительного комплекса СКИФ, поскольку требует самых дорогих и тонких технологий, которые встречаются в этой области науки и техники. Линейный ускоритель в значительной степени определяет качество пучка, а соответственно, и качество самого источника синхротронного излучения СКИФ, то есть фактически определяет уровень его яркости. Синхротрон СКИФ относится к поколению 4+ с яркостью, которая на сегодня еще не достигнута даже на лучших мировых источниках синхротронного излучения. Запуск линейного ускорителя – это результат совместной работы строителей и проектировщиков, монтажников, разработчиков и создателей ускорительного оборудования ИЯФ. В кратчайшие сроки такое сложное устройство можно смонтировать только вместе с нашими партнерами-строителями и с их субподрядчиками, которые отвечают за ключевое инженерное оборудование. Запуск этой части установки ускоряет монтаж и включение последующих элементов ускорительного комплекса. То есть фактически – это залог скорейшего выхода СКИФ на проектные параметры. И мы выполнили этот этап работ в абсолютно рекордные сроки. Никогда в мире линейные ускорители не собирались и не включались за такое короткое время. У нас ушло на это менее полутора месяцев, это беспрецедентно, обычно такие работы занимают 6–8 месяцев. Абсолютный рекорд».
Евгений Игошев
Фото пресс-службы ИЯФ СО РАН
Обратная связь