Сотрудники кафедры электрофизических установок Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ в настоящее время активно вовлечены в создание различных ускорительных установок. Они помогают Курчатовскому институту создавать ускорительный комплекс СИЛА, участвуют в создании ускорителя электронов для Института прикладной физики РАН.
Еще в МИФИ совместно с Русатом Хелскеа идет разработка ускорителя медицинского назначения, и собственного исследовательского ускорителя, который будет находиться в МИФИ. Обо всех этих работах рассказал аспирант кафедры электрофизических установок Андрей Батов.
На кафедре имеются 8 лабораторий, которые позволяют полностью охватить ускоритель – системы управления, системы питания, вакуумные системы, расчеты динамики пучка, расчеты и производство ускоряющей структуры.
Для Курчатовского института МИФИ делает фотопушку - фотоэмиссионный источник электронов. Она уже изготовлена, спаяна и находится у нас на кафедре на испытаниях. Разработкой занимается большая команда сотрудников кафедры, которую возглавляет заведующий кафедры – Сергей Маркович Полозов. Основную работу по ускоряющей структуре выполняют Ашанин Илья, Збруев Роман – инженеры кафедры, Лалаян Михаил Владимирович – доцент кафедры. Я участвовал частично в ее расчетах и в процессе контроля производства. При производстве была нужна довольно серьезная точность - порядка 10 микрон. Неточности в реальном производстве случаются, и нужно было на месте решать вопросы, связанные с появлением отклонений. Мы с этим успешно справились, и первые холодные испытания показали, что измерения согласуются с расчетом. При расчёте, конечно, тоже были свои трудности, ведь это относительно новая область ускорительной физики. Подобные фотопушки сейчас есть в Германии, США и Японии, их еще совсем немного, опыта по их изготовлению в мире мало, поэтому каждое такое изделие уникально.
Сейчас в качестве стандартного источника электронов почти повсеместно используются термоэлектронные источники - когда, как в лампочке нагреваете проволочку и оттуда под действием термоэмиссии вылетают электроны. А в данном случае принцип кардинально другой, здесь фотоэмиссия, то есть вы светите лазером на фотокатод.
В фотопушке помимо взаимодействия лазера и фотокатода есть СВЧ часть, которая интенсивно ускоряет пучок, полученный в результате фотоэмиссии. Эта установка - практически маленький линейный ускоритель. В итоге получаются предельно малые размеры пучка, недостижимые на термоэлектронных пушках. Такие параметры нужны на современных источниках излучения – лазерах на свободных электронах.
Многое зависит от уровня энергии на выходе фотопушки. Фотопушка для «Силы» рассчитана на большую энергию, для Нижнего Новгорода - на меньшую. Плюс они работают на разных частотах. Исторически фотопушки эволюционировали от меньших частот к большим. Японцы, немцы делают источники электронов на относительно маленьких частотах – 1300 МГц. Класс наших фотопушек, которые мы здесь производим, рассчитан большие частоты- 2.4-2.8 ГГц.
В Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде делают ускоритель электронов, для него тоже нужна фотопушка, но на другую энергию. Это тоже исследовательский ускоритель, но немного для других задач. Важное достоинство ИПФ РАН заключается в том, что они единственные в России умеют делать алмазные фотокатоды. Все остальные используют, например, медные, эффективность которых гораздо ниже. В последствии они будут поставлять алмазные фотокатоды и в Курчатовский институт, но с помощью своей фотопушки, они, в частности, будут проверять, насколько их фотокатоды хороши, будут заниматься их дальнейшим совершенствованием.
Также МИФИ заниматмся созданием источника гамма-излучения медицинского назначения для облучения раковых опухолей. Те, что сейчас используются в России - все импортные. Их делают такие копании, как Varian, Elekta, есть много других производителей, но в России такие машины серийно доселе не производились. Российский вариант сейчас разрабатывает МИФИ совместно с АО «Русатом Хэлскеа».
Для своих собственных исследований МИФИ сейчас строит двухсекционный ускоритель для прикладных применений, например для работ по радиационной стойкости электронной компонентной базы. Он будет находиться в новых бункерах ускорительного центра МИФИ, которые будут размещены в отремонтированном ангаре на территории университета рядом с гаражами. Заказчики исследований смогут работать как с электронным пучком, так и с гамма. Установку будет отличать оригинальная конструкция мишенного узла и очень хитрая система фокусировки, которая позволит получить квадратный пучок с однородностью по плотности потока лучше 20 %. До сих пор у пользователей не было возможности использовать такие профили пучка. Кроме того, у этой установки будет самый высокий КПД и самый высокий ток пучка среди ускорителей данного класса на данный момент. Это обеспечит высокую повторяемость результатов в исследованиях, и высокую скорость смены образцов, высокие дозы облучения, а это в свою очередь, означает, что мы сможем больше пользователей допустить на эту установку - больше, чем аналоги, которые сейчас есть.
