Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали новый генератор электромагнитного излучения – широкоапертурный ондулятор переменного периода – для Новосибирского лазера на свободных электронах (ЛСЭ).
Устройство позволит расширить исследовательские возможности источника терагерцового излучения: увеличит доступный диапазон длин волн и мощность излучения. На данный момент основные характеристики ондулятора рассчитаны при помощи компьютерного моделирования, установка спроектирована и частично изготовлена в экспериментальном производстве ИЯФ СО РАН – ориентировочно модернизация завершится в 2022 г. Результаты опубликованы в журнале Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A.
Новосибирский ЛСЭ является одной из основных пользовательских установок ЦКП «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» (ЦКП «СЦСТИ») ИЯФ СО РАН. Работы с терагерцовым излучением выполняют около 20 групп из 12 научных организаций Новосибирска, Москвы и Самары. Большая часть постоянных пользователей работает в институтах (Институт химической кинетики и горения СО РАН, Институт цитологии и генетики СО РАН, Международный томографический центр СО РАН и др.) новосибирского Академгородка, находящихся совсем близко от здания ЛСЭ, что повышает эффективность сотрудничества.
Средняя мощность излучения лазера – рекордная в мире. По спектральной мощности излучения Новосибирский ЛСЭ на несколько порядков превосходит другие существующие в мире источники. Данные параметры позволяют проводить уникальные эксперименты с использованием терагерцового излучения в области физики, химии, биологии, материаловедения и медицины. Разработка нового ондулятора (магнитной системы для получения электромагнитного излучения) – расширит диапазон длин волн ЛСЭ до 400 микрон и увеличит мощность излучения.
«Новосибирский ЛСЭ работает уже 16 лет и, несмотря на то, что по некоторым параметрам он достиг рекордных показателей, мы все равно постоянно модернизируем установку, – рассказывает заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН, профессор НГУ, член-корреспондент РАН Николай Винокуров. – Одна из последних наших разработок – широкоапертуный ондулятор с переменным периодом. Он предназначен для того, чтобы расширить доступный для пользователей диапазон длин волн нашего ЛСЭ. Сейчас исследователям доступны длины волн от 6 до 240 микрон, но мы хотим дойти до 400 микрон. В этом диапазоне излучение лучше проходит через атмосферу и различные предметы. Мы планируем завершить производство и установку ондулятора в 2022 г.».
ЛСЭ – это исследовательский инструмент и все его приложения носят научный характер. Например, при помощи терагерцового излучения специалисты изучают возможность манипулировать намагниченностью мономолекулярных магнитов, исследуют влияние терагерцового излучения на живые организмы, проводятся экспериментальные работы по поглощению терагерцевого излучения в парах воды. Но, по словам ученого, если терагерцовое излучение будет способно проникать через различные предметы, а также через тело человека, то в будущем станет возможным использовать его для обработки материалов или даже для некоторых видов терапии, например, подобной ультравысокочастотной (УВЧ).
«Мы совершенствуем установку, чтобы расширить ее экспериментальные возможности, – добавляет Николай Винокуров. – Особенность нового устройства в широкой апертуре (внутренний диаметр ондулятора составляет 140 мм, а минимальный период – 100 мм), и в форме магнитных блоков, которые охватывают вакуумную камеру и похожи на половинки от бублика. Благодаря такой конструкции ондулятора мы не только улучшим параметры Новосибирского ЛСЭ, но и сможем делать ондуляторы с малым (менее 1 см) периодом. Такие ондуляторы можно будет использовать в будущих источниках рентгеновского излучения на накопителях. Сейчас мы разрабатываем проект ЛСЭ в диапазоне вакуумного ультрафиолета, где тоже используется широкоапертурный ондулятор с переменным периодом.
По словам Николая Винокурова, коллектив ЦКП «СЦСТИ» работает в тесном сотрудничестве с Новосибирским государственным университетом и Новосибирским государственным техническим университетом.
«Одна из наших постоянных задач – привлечение научных сотрудников и инженеров. Единственный способ ее решения – обучение студентов и, в частности, прохождение ими практики и подготовка квалификационных работ в ИЯФ СО РАН. Через несколько лет мы получаем полезных сотрудников с достаточной для начала работы квалификацией», – добавил Николай Винокуров.