Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) закончили сборку диполей с постоянными магнитами (внутреннее название – BPC) для накопительного кольца Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»). Все 16 устройств прошли этап измерения, было получено магнитное поле 2.15 Тесла. Эти магниты будут генерировать особенно жесткое синхротронное излучение (СИ), расширяя экспериментальные возможности источника. Из-за того, что магнитное поле в данном виде диполей нельзя выключить, сборка таких устройств требует от специалистов большого опыта и осторожности.
Ускорительный комплекс ЦКП «СКИФ» включает в себя источник электронов, линейный ускоритель, бустерный синхротрон, каналы транспортировки пучков электронов и основное накопительное кольцо. Основное ускорительное кольцо имеет кольцевую вакуумную камеру периметром 476 метров. Внутри нее будет вращаться пучок заряженных частиц почти со скоростью света и «раздавать» пользователям СИ для исследований в области структурной вирусологии, кристаллографии белков, материаловедения и многих других. Одна из основных характеристик ЦКП «СКИФ», которая и относит данный источник СИ к поколению «4+» – его беспрецедентно малый эмиттанс (около 73 пм·рад). Этот параметр определяет уровень яркости СИ, и достигается именно в накопительном кольце. Магнитная система накопительного кольца будет состоять из различных типов магнитов.
«Физика устроена так, что для получения сверхмалого эмиттанса необходимо использовать поворотные магниты с очень слабым магнитным полем, которые испускают «мягкое» излучение. Между тем, жесткое рентгеновское излучение весьма востребовано у ученых, поскольку позволяет изучать плотные объекты, например, лопатки турбин авиадвигателей. Чтобы расширить экспериментальные возможности СКИФ, мы придумали поставить на кольцо 16 коротких – чтобы не «портили» эмиттанс, – но очень сильных поворотных магнитов для генерации жесткого СИ, – прокомментировал заведующий сектором ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Старостенко. – Сделать такие диполи весьма непросто, исследования показали, что для этого нужно применить постоянные магниты. Изначально по техзаданию планировалось получить поле 2.05 Тесла, но мы подобрали марку постоянных магнитов с повышенной стойкостью к размагничиванию, использовали специальный материал 49К2Ф (пермендюр), главная особенность которого заключается в максимальной индукции насыщения, и получили даже большее поле. На данный момент специалисты собрали все 16 BPC-магнитов, измерили их и получили 2.15 Тесла».
По словам специалистов, самый сложный этап – отнюдь не измерение магнитного поля, которое представляет собой рутинную процедуру с датчиками Холла. Самый сложный этап – это сборка.
«Обычно диполи проектируют с электромагнитной катушкой, но, чтобы добиться требуемого магнитного поля в нашем BPC и при этом сделать его компактным мы решили работать с постоянными магнитами, – добавила научный сотрудник ИЯФ СО РАН Татьяна Рыбицкая. – А это очень сложно. Электрический ток в катушке, который и создает магнитное поле, всегда можно выключить и спокойно заниматься сборкой, а в постоянном магните поле не выключишь – получается мы работаем с конструкцией, половинки которой притягиваются друг к другу с усилием около двух тонн. Это очень интересная инженерная задача».
Сборка диполей состоит из 18-ти различных этапов, которые проводятся в строго определенной последовательности. На сборку одного BPC-магнита уходит два полных рабочих дня. Занимается этим опытная команда специалистов, в помощь которой была спроектирована и изготовлена специализированная оснастка.
«Последний магнит, который буквально заталкивается внутрь диполя, обладает энергией 160 Джоулей, если он вылетит, мало не покажется, – добавил Александр Старостенко. – Для понимания, 10 Джоулей, выделившиеся в человеке, могут нанести серьезную травму. Поэтому сборка – это очень деликатная работа, которую выполняют люди подготовленные, а рабочее место оборудовано различными элементами защиты».