Специалисты Конструкторско-технологического института научного приборостроения СО РАН (КТИ НП СО РАН) впервые в России разработали и произвели несколько типов рентгеновских щелей, способных формировать пучок синхротронного излучения (СИ) необходимой апертуры в условиях глубокого вакуума и высоких радиационных нагрузок. Ранее такое оборудование производилось только за рубежом и стоило в 3—4 раза дороже.
Индивидуальные конструкции щелей изготовлены для четырёх экспериментальных станций первой очереди и всех фронтендов (комплексов оборудования вывода пучка СИ из накопительного кольца на станции) Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»).
«До сих пор подобное оборудование производилось только в Германии, Англии и Дании. Мы разработали собственную технологию производства рентгеновских щелей, теперь российские исследователи смогут получать оборудование существенно дешевле и быстрее», — рассказывает директор КТИ НП СО РАН Пётр Завьялов.
Каждая щель представляет собой четыре широких «ножа» из термоустойчивых металлов, которые «отрезают» излишки излучения по горизонтали и по вертикали, формируя пучок необходимого размера. Щели оснащены автоматизированными приводами, которые позволяют управлять конструкцией в сверхвысоком вакууме. Для того, чтобы щели не расплавились под воздействием интенсивного излучения и высоких температур, в КТИ НП СО РАН разработана охлаждающая система: внутри каждого «ножа» проходит встроенный канал подачи воды. В течение всего эксперимента вода циркулирует внутри конструкции, охлаждая элементы.
«Плотность мощности пучка СИ настолько большая, что при нормальном падении на поверхность происходит локальный перегрев, который приводит к плавлению материала, из которого изготовлен „нож“. Чтобы уменьшить плотность мощности излучения, нож располагается так, что пучок падает на него под углом буквально в несколько градусов.
Для экспериментальных станций принципиально важно, чтобы движение щелей было прецизионным, шаг перемещения в разных типах щелей варьируется от одного до десяти микрон, поэтому они оснащены датчиками положения (энкодерами), выполненными в виде оптической линейки. Эти датчики изготовлены отечественной компанией ОАО „СКБ ИС“ в Санкт-Петербурге», — рассказывает Пётр Завьялов.
Кроме того, в КТИ НП СО РАН разработано программное обеспечение, позволяющее задать точные координаты положения щелей и получать данные с энкодеров для автоматизированного управления экспериментом. На каждой станции используются разные типы щелей — теплонагруженные (для формирования пучка с высокой плотностью мощности) и неохлаждаемые (для финальной «очистки» готового пучка от паразитных бликов, неизбежно возникающих в канале станции).
Наиболее интенсивное излучение приходится на щели, установленные на станциях 1-5 «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» и 1-3 «Быстропротекающие процессы». На станции 1-5 будет установлено два блока теплонагруженных щелей (по координатам X и Y) и три блока неохлаждаемых щелей для финального формирования пучка перед образцами исследования.
Вигглер, устройство для генерации синхротронного излучения, генерирует очень интенсивное излучение высокой мощности в широком спектральном диапазоне. А в реальных научных экспериментах требуется излучение с высокой степенью монохроматичности, то есть в очень узком интервале длин волн. Поэтому основная мощность пучка СИ, более 99,9 процентов, поглощается и рассеивается на оптических элементах станции, что предъявляет высокое требование к термической стойкости материалов, из которых изготовлены компоненты установки», — рассказывает старший научный сотрудник ЦКП «СКИФ» Константин Купер.
Самые крупные и термостойкие типы щелей созданы для станции 1-3 «Быстропротекающие процессы». Они имеют вставки из хромированной бронзы, обладающей большим пределом прочности. А для того, чтобы щели не просвечивались жёстким рентгеновским излучением, на выходных гранях устанавливаются накладки из тантала.
