В результате совместных усилий специалистов Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна) и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН, Новосибирск) были накоплены тяжелые ионы в продольном фазовом пространстве коллайдера NICA. Эта грандиозная установка создается для изучения свойств плотной барионной материи.
В ней будут сталкиваться друг с другом пучки ионов. Чем более сфокусированный и плотный пучок, тем эффективнее будут столкновения. Сжать пучок позволяет система электронного охлаждения, созданная специалистами ИЯФ СО РАН. Холодные электроны инжектируются к ионам, забирают у них часть тепловой энергии, в результате чего пучок сжимается. В 2025 г. физики ОИЯИ и ИЯФ СО РАН продемонстрировали многократную инжекцию в продольном фазовом пространстве с использованием электронного охлаждения. В результате интенсивность пучка была увеличена до 6 раз.
Идея Г.И. Будкера об охлаждении пучков тяжелых заряженных частиц родилась в поисках пути повышения плотности и светимости встречных протон-антипротонных пучков. В отличие от радиационного охлаждения, использующего потери частиц на синхротронное излучение, в предложенном методе холодные электроны выступают в роли «теплового» поглотителя энергии. За свою 50 летнюю историю такой метод воздействия на ионный пучок, широко известный как электронное охлаждение, стал одним из наиболее удобных и действенных способов оптимизации параметров ионных пучков, циркулирующих в синхротроне.
Для многих сортов тяжелых высокозарядных ионов трудно получить большой ток в ионном источнике и инжекционном линейном ускорителе, что ограничивает интенсивность ускоренного пучка в процессе проведения физических экспериментов.
«Неохлажденный пучок ионов занимает большую часть поперечного пространства камеры, и добавлять в него новые частицы малоэффективно. Если же ионы охладить, они сожмутся в тонкий шнур, освобождая место для еще одной инжекции. Плотность энергии у таких пучков существенно выше, чем у неохлажденных. За счет этого можно накапливать в десятки раз больше частиц. Ни одна научная организация в мире не умеет делать оборудование такого класса. Электронные системы охлаждения открыли настолько широкие перспективы, что в настоящее время ионные накопители без них практически не используются», – пояснил заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе академик РАН Евгений Левичев.
Система электронного охлаждения «Бустера» NICA предназначена для накопления пучка ионов при инжекции (на энергии ионов 3.2 МэВ/н), а также для его подготовки к выпуску в кольцо «Нуклотрон». Данная система была разработана и испытана в ИЯФ СО РАН, после чего поставлена в ОИЯИ. В 2025 г. в результате совместной работы ОИЯИ и ИЯФ СО РАН продемонстрирована многократная инжекция в продольном фазовом пространстве с использованием электронного охлаждения. В результате интенсивность пучка была увеличена до 6 раз.
Идея метода электронного охлаждения была предложена первым директором ИЯФ СО АН академиком А.М. Будкером в 1966 г. и впервые в мире реализована командой Института. В 1974 г. на установке НАП-М (Накопитель антипротонов, модель) был получен первый эффект охлаждения – показано сжатие протонного пучка под действием электронного пучка. В коллектив, занимающийся разработкой данного метода, вошли академики РАН А.Н. Скринский, Н.С. Диканский, РАН И.Н. Мешков, РАН В.В. Пархомчук и другие. Результаты были доложены на Всесоюзной конференции по ускорителям заряженных частиц в 1974 г. в Москве, получив большой международный резонанс в научной среде. Сегодня схема СЭО, впервые предложенная в ИЯФ СО АН, использована в более двадцати аналогичных установках во многих лабораториях мира (Германия, Япония, Китай, ЦЕРН, США, Швеция, Россия), в том числе – на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.