Specializované zdroje synchrotronového záření

Specializovanými zdroji synchrotronového záření jsou elektronové urychlovače postavené speciálně pro generování synchrotronového záření (SR). Zpravidla se jedná o synchrotrony se speciálními parametry (velký proud paprsku, nízká emitance , vysoký jas záření ). Poslední a projektovanou generací SR zdrojů jsou však lasery s volnými elektrony a rekuperátorové urychlovače (viz např. projekt MARS ).

Generace zdrojů SI

Zdroje synchrotronového záření se konvenčně dělí do čtyř generací: [1]

1. První generací jsou synchrotrony, stavěné pro experimenty ve fyzice vysokých energií, kde synchrotronové záření bylo vedlejším efektem. Na těchto zařízeních se poprvé začaly vypracovávat metody využití synchrotronového záření;
2. Druhá generace jsou synchrotrony speciálně postavené pro generaci SR. V zásadě se k vytváření záření používaly ohýbací magnety. Prvním urychlovačem postaveným speciálně pro použití synchrotronového záření byl Tantalus synchrotron [2] , vypuštěný v roce 1968 v USA;
3. Třetí generace jsou zdroje SI dneška. Při navrhování synchrotronů 3. generace jejich konstrukce počítala s velkým počtem dlouhých (5 metrů a více) přímočarých mezer určených pro instalaci speciálních vložek, které generují SR - wigglery a vlnovky . Použití specializovaných zařízení pro generování záření je mnohem energeticky účinnější - většina energie emitované elektrony je dodávána přímo do experimentálních stanic , zatímco odstranění magnetického pole ze zásuvných zařízení, která se v určitých okamžicích nepoužívají, může také výrazně snížit spotřebu energie experimentálního nastavení. Je třeba zdůraznit, že výkon energetických ztrát elektrony na jednom zásuvném zařízení může přesáhnout 300 kW.
4. Čtvrtou generací zdrojů synchrotronového záření jsou projekty, které již nejsou synchrotrony. Další vylepšení akumulátorů - totiž zvýšení elektronové hustoty, zvýšení jasu SR zdroje je již fyzikálně nemožné. Kritickým parametrem se stala emitance - ve skutečnosti fázový objem obsazený elektrony při pohybu na oběžné dráze. Ukazuje se, že i když v počátečním okamžiku injekce měly elektrony velmi malou emisi, v procesu mnohonásobného (miliardkrát) průchodu po oběžné dráze „zapomenou“ na svůj výchozí stav a vyzařování paprsku je dále. určeno kvantovými fluktuacemi synchrotronového záření. Pro snížení emitance (a tím zvýšení jasu) jsou navrhovány zdroje založené na laserech s volnými elektrony a také lineární urychlovače s rekuperací energie " MARS " [3]

Režim dobíjení

Režim doplňování neboli plného vstřikování energie je specializovaný režim provozu komplexu akcelerátor-paměť (synchrotron). Pro implementaci Top-UP módu jako součásti komplexu je nutné mít přídavný, booster synchrotron, který zajišťuje vstřikování elektronů do zásobního prstence hlavního urychlovače při plné (pracovní) energii urychlovače. Injekce při plné energii umožňuje neakumulovat elektrony, ale přidávat elektrony k těm, které se již pohybují v akumulačním prstenci, a kompenzovat tak vzniklé ztráty částic.

Na rozdíl od tohoto režimu je běžnější konstrukce komplexu urychlovač-akumulátor, ve kterém vstřikování probíhá při energii několikrát nižší. Nižší vstřikovací energie umožňuje mít mnohem levnější a kompaktnější vstřikovací systém, ale vyžaduje pravidelnou reakumulaci elektronového paprsku (s uvolněním dříve nahromaděných elektronů) a následné urychlení nahromaděných elektronů na plnou energii v hlavní úložný kruh.

Ruské zdroje SI

• Kurčatov zdroj synchrotronového záření - zásobní prstence Sibir-1, Sibir-2.
• Jako SR zdroje jsou mimo jiné využívány "Sibiřské centrum pro synchrotronové a terahertzové záření" - urychlovače VEPP-3 , VEPP-4 . Funguje také novosibirský laser s volnými elektrony v terahertzové oblasti záření.
• Zelenogradský elektronový synchrotron - Institut fyzikálních problémů pojmenovaný po V.I. F. V. Lukin (zakonzervovaný).

Některé zdroje SI třetí generace

• Australský synchrotron (ASP)
• ALBA
• APS
• BESSY II
• diamant
• ELETTRA
• SOLEIL
• Jaro-8

Odkazy

1. ↑ Fetisov, G.V. (2007), Synchrotron Radiation , Moskva: FizMatLit  .
2. ↑ EM Rowe and FE Mills, Tantalus I: A Dedicated Storage Ring Synchrotron Radiation Source, Particle Accelerators Archived 23. září 2021 na Wayback Machine , sv. 4 (1973); strany 211-227.
3. ↑ Kulipanov GN; Skrinský A.N.; Vinokurov NA MARS - projekt difrakčně omezeného zdroje rentgenového záření čtvrté generace na bázi supermikrotronu  (anglicky)  // Nuclear Instruments and Methods in Physical research : journal. - 2001. - Sv. A467-468 P1 . - str. 16-21 .

Literatura

• www.lightsources.org — Stránky věnované synchrotronům a SR zdrojům. Včetně místa poskytuje seznam všech existujících v aktuálním století. ve světě zdrojů SI .
• Využití synchrotronového záření: současný stav a vyhlídky , G.N. Kulipanov , A.N. Skrinskij , UFN , svazek 122, vydání 3, s. 369 (1977).