Синхротрон: различия между версиями

7779 байт убрано ,  9 лет назад
разделение понятий "синхротрон" и "источник си"
(разделение понятий "синхротрон" и "источник си")
[[Файл:SOLEIL le 01 juin 2005.jpg|thumb|200px|right|Синхротрон [[Soleil]], [[Париж]]]]
'''Синхротро́н''' (от {{lang-grc|σύγχρονος}} — одновременный) — один из видовтипов резонансных циклических [[Ускоритель заряженных частиц|ускорителей]]. Характеризуется тем, что в процессе ускорения частиц, орбита спучка орбитойостаётся постоянного радиуса, растущима во времениведущее [[магнитное поле|магнитным полем]] поворотных магнитов, определяющимопределяющее этот радиус, ивозрастает. Кроме того, остаётся постоянной частотойчастота ускоряющего электрического поля (в отличие от [[синхрофазотрон]]а). Понятно, что для пучков ультрарелятивистских частиц период обращения определяется только длиной орбиты, и коль скоро она не изменяется, то нет необходимости изменять частоту электрического поля. Поэтому все резонансные циклические ускорители лёгких частиц (электронов и позитронов), а также высокоэнергетические протонные и ионные машины, такие как [[LHC]] и [[Тэватрон]] — это синхротроны. В синхротроне достигнуты энергии около 203.5 ГТ[[эВ]] для протонов ([[LHC]]) и более 100 ГэВ для электронов ([[LEP]]).{{нет АИ|13|04|2010}}Дальнейшее повышение энергии в электронных синхротронах, фактически, нереально вследствие огромных потерь энергии на излучение W~E<sup>4</sup>/R.
 
== Принципиальное устройство синхротрона ==
 
Синхротрон представляет собой электровакуумную установку с приблизительно кольцевой вакуумной камерой, в которой частицы ускоряются до скорости, близкой к [[скорость света|скорости света]], а стоящие на их пути мощные постоянныеэлектромагниты магниты изменяют направлениезадают их движения. В вакуумной камере постоянно поддерживается глубокийвысокий вакуум (порядка <math>10^{-9}</math> [[Торр]] и глубжевыше), чтобы избежать быстрогорассеяния поглощениячастиц ускоренныхпучка частицна атомах остаточного газа. ТакСинхротрон какдействует постройкапо сплошногорезонансному постоянногопринципу магнитауcкорения, пото всемуесть периметруциркулирующий кольцасгусток техническичастиц дорога,попадает тов вакуумнуюускоряющее камеруполе синхротронаВЧ-резонатора строятвсегда в видеодной многоугольникаи той же фазе, си поворачивающимисячастицы магнитамиполучают небольшую порцию энергии, много меньшую, чем уже имеющаяся у них кинетическая энергия. Ускорение частиц происходит за счёт многократного пролёта (~10<sup>6</sup> раз в углахсекунду) через ускоряющую секцию.
Синхротрон действует по резонансному принципу уcкорения, то есть пролетающие частицы попадают в ускоряющее поле всегда в резонанс с изменением поля.
 
== Поколения синхротронов ==
Синхротроны, а точнее источники синхротронного излучения, условно делят на четыре поколения:<ref>{{Citation |title=Синхротронное излучение |first=Г.В. |last=Фетисов |publisher=ФизМатЛит |location=Москва |year=2007 }}.</ref>
# Первое поколение — синхротроны, построенные как ядерно-физические установки, где [[синхротронное излучение]] было вредным, «паразитным» излучением, не позволяющим далее увеличивать энергию ускоряемых частиц. На этих установках впервые начали отрабатываться методики использования [[синхротронное излучение|синхротронного излучения]];
# Второе поколение — синхротроны, специально построенные для генерации синхротронного излучения. В основном использовали для генерации излучения поворотные магниты. Энергетически это невыгодно, так как те же самые магниты используются для управления траекторией, и генерируемое излучение в итоге выходит не только на [[Экспериментальная станция источника синхротронного излучения|экспериментальные станции источника СИ]], а равномерно распределено в пространстве;
# Третье поколение — начали проектировать в начале 1990-х годов. При проектировании синхротронов 3-го поколения в их конструкции предусматривалось большое число длинных (5 и более метров) прямолинейных промежутков, предназначенных для установки вставных устройств — [[Вигглер|вигглеров]] и [[Ондулятор|ондуляторов]]. Использование для генерации излучения специализированных устройств гораздо более энергоэффективно — большая часть излучаемой электронами энергии выводится непосредственно на [[Экспериментальная станция источника синхротронного излучения|экспериментальные станции]], при этом снятие магнитного поля с неиспользуемых в отдельные моменты времени вставных устройств позволяет также существенно уменьшить энергопотребление экспериментальной установки. Следует указать, что мощность потерь энергии электронами на одном вставном устройстве может превышать 300 кВт.
# Четвёртое поколение источников синхротронного излучения — уже не являются более синхротронами. Технология развития накопительных колец достигла совершенства в источниках третьего поколения, и дальнейшее совершенствование накопителей — а именно повышение плотности электронов, повышение яркости источника [[Синхротронное излучение|СИ]] уже физически невозможно. Критическим параметром стал эммитанс — фактически, [[фазовый объём]], занимаемый электронами при движении по орбите. При этом оказывается, что если даже в начальный момент инжекции электроны имели очень маленький эммитанс, в процессе многократного (миллиарды раз) прохождения по орбите, они «забывают» о своем начальном состоянии, и эммитанс пучка далее определяется как несовершенством магнитной структуры ускорителя, так и межчастичными взаимодействиями. Для уменьшения эммитанса (и т.о. повышения яркости) предлагаются источники на базе [[Лазер на свободных электронах|лазеров на свободных электронах]], а также линейных ускорителей с рекуперацией энергии «[[MARS (ускоритель)|MARS]]»<ref>{{cite journal | journal=Nuclear Instruments and Methods in Physical research |title= MARS - a project of the difraction limited
fourth generation X-ray source based on supermicrotron |author=Kulipanov G.N.; Skrinsky A.N.; Vinokurov N.A. |volume=A467-468 P1| pages=16-21 |year=2001 }}</ref>
 
== Top-Up режим ==
'''Top-Up или режим инжекции на полной энергии''' — специализированный режим работы ускорительно-накопительного комплекса (синхротрона). Для реализации Top-UP режима в составе комплекса необходимо иметь дополнительный, бустерный синхротрон, обеспечивающий инжекцию электронов в накопительное кольцо основного ускорителя на полной (рабочей) энергии ускорителя. Инжекция на полной энергии позволяет не проводить перенакоплений электронов, а добавлять электроны к уже движущимся в накопительном кольце, компенсируя происходящие потери частиц.
 
В отличие от этого режима, более распространенной конструкцией ускорительно-накопительного комплекса является такая, в которой инжекция происходит на энергии в несколько раз меньшей. Меньшая энергия инжекции позволяет иметь гораздо более дешёвую и компактную систему инжекции, но требует регулярных перекоплений электронного пучка (со сбросом ранее накопленных электронов), и последующего ускорения накопленных электронов до полной энергии в основном накопительном кольце.
 
== Российские источники СИ ==
* Дубнинский электронный синхротрон (строится)
* Зеленоградский электронный синхротрон — институт физпроблем им. Ф. В. Лукина (строится)
* [[Курчатовский источник синхротронного излучения]]
* Сибирский центр синхротронного излучения- ускорители [[ВЭПП-3]], [[ВЭПП-4]] — используются в том числе в качестве источников СИ.
 
== Синхротроны третьего поколения ==
* [[ESRF]]
* [[APS]]
* [[SPRing-8]]
 
== Крупнейшие европейские источники СИ ==
* [[ESRF]]
* [[ALBA]]
* [[BESSY II]]
* [[Soleil]]
* [[Elletra]]
* [[Diamond]]
 
== См. также ==
* [[КурчатовскийСпециализированные источникисточники синхротронного излучения]]
 
== Литература ==
* [[Векслер, Владимир Иосифович]]
* [[Каскадный ускоритель]]
* [[Австралийский синхротрон]]
* [[ELETTRA]] — Синхротронная световая лаборатория ELETTRA
* [[Большой адронный коллайдер]]
 
== Ссылки на литературу ==
{{Reflist|colwidth=30em}}
 
== Ссылки ==
* [http://www.femto.com.ua/articles/part_2/3659.html Синхротрон протонный] в Физической энциклопедии
* [http://www.lightsources.org/ www.lightsources.org] — Сайт, посвященный синхротронам и источникам СИ. В том числе на сайте приведен список всех существующих в н.в. в мире источников [[синхротронное излучение|СИ]]
{{particle-stub}}
{{rq|refless|sources}}