Журнал "Физика и студенты": ЭНЕРГИЯ-Импульс.

--Вигглер - это специальный магнит, у которого поперечное магнитное поле меняет знак вдоль оси, по которой летят релятивистские заряженные частицы, и предназначен для генерации синхротронного излучения. В зависимости от назначения и напряжённости магнитного поля они бывают нормально проводящие, т.е. изготовленные из нормально проводящих материалов, и сверхпроводящие. Магниты, изготовленные из сверхпроводящих материалов, как правило, могут достигать значительно больших напряжённостей магнитного поля. Такое устройство устанавливается на электронный или позитронный накопитель так, что пучок заряженных частиц, проходя сквозь такой магнит по извилистой траектории, сбрасывают часть своей энергии в виде синхротронного излучения (СИ) в направлении своего движения. Спектр этого излучения может сильно отличаться от СИ из поворотных магнитов. Часто используется 3-х полюсный вигглер, у которого один полюс имеет сильное магнитное поле и используется для генерации излучения, а остальные два для согласования орбиты пучка заряженных частиц. Такой вигглер часто называют "шифтером" от английского слова shift ( что означает сдвигать) и используется для сдвига спектра СИ для данного накопителя в более жёсткую часть спектра по сравнению со спектром из поворотных магнитов. Сверхпроводящий 3-х полюсный вигглер ("шифтер") является хорошим и достаточно дешёвым средством для улучшения потребительских характеристик старого накопителя, который используется как источник СИ.

Сейчас в мире насчитывается уже несколько десятков электронных накопителей, которые используются как источники СИ, у большинства из которых спектр излучения лежит в области вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена. Накопитель, используемый как источник СИ, является сложным и дорогим оборудованием. Его изготовление обходится в десятки , а то и сотни миллионов долларов, поэтому реальный путь получения качественно новых потребительских характеристик, которые могут продлить жизнь давно существующим накопителям как инструменту для научных исследований, это постановка сверхпроводящего вигглера.

Наш Институт разрабатывает такие устройства уже более 20 лет, начиная с 1978 года. Всё началось с 20 полюсной сверхпроводящей "змейки" (так тогда мы называли много полюсный вигглер, но название это не прижилось) с полем 3.5 Тесла. Такое устройство было впервые в мире сделано в ИЯФ для генерации мощного синхротронного излучения и поставлено на накопитель ВЭПП-3 в сотрудничестве с лабораторией Л.М.Баркова. Создание такой "змейки" было тогда необходимо для проведения экспериментов в лаборатории Л.М. Баркова по поиску сверхтяжёлых элементов с помощью жесткого синхротронного излучения, а в нашей лаборатории возник большой интерес к использованию жёсткого синхротронного излучения для медицинской диагностики, в частности к цифровой разностной ангиографии. В 1979 году "змейка" была установлена на накопитель ВЭПП-3 и пучок жёсткого рентгеновского излучения мощностью около 1 кВт был выведен в канал СИ. Постановка этой "змейки" позволила увеличить яркость накопителя ВЭПП-3 как источника СИ в 200 раз в области энергий фотонов 15-20 кэВ.

В настоящее время кроме нашего Института есть ещё две фирмы, которые могут создать конкуренцию при изготовлении сверхпроводящих вигглеров- это АКСЕЛ в Германии и Оксфорд Инструментс в Англии. Эти фирмы могут изготавливать вигглеры с полем 6 Тесла и меньше, в то время как наш Институт производит магниты 7.5 Тесла из ниобий-титанового провода и недавно был испытан вигглер на поле в 10 Тесла с использованием провода из ниобий-олово. В текущем году институт изготавливает 2 вигглера: 7 Тесла вигглер для BESSY-2 (контракт с Германией) и 10 Тесла вигглер для SPring-8 для источника медленных позитронов по гранту МНТЦ (Международного научно технического центра).

Магнитная система вигглера для BESSY-2 была испытана в конце марта этого года в присутствии представителей центра BESSY-2 и получено поле 7.55 Тесла вместо 7.25 Тесла согласно контракта . Основным заказчиком сверхпроводящего вигглера для BESSY-2 является ПТБ лаборатория стандартов, имеющая своей целью иметь абсолютный источник излучения с хорошо известными характеристиками. Для того, чтобы удовлетворить предъявляемые к этому источнику требования, большое внимание при проектировании было уделено поперечной однородности поля в центральном полюсе, а также был разработан в Лаб.6 и установлен в полюса вигглера специальный высокоточный измеритель поля на основе датчика ЯМР, который позволяет измерять поле с точностью 0.000001. На этих вигглерах мы научились работать в режиме замкнутых токов, при этом стабильность поля можно сделать лучше, чем 0.000001 , время жизни замкнутого тока в магните составляет один год и три месяца.

Сверхпроводящий вигглер для накопителя SPring-8 также был успешно испытан с получением максимального поля 10.14 Тесла и поэтому параметру у нас нет конкурентов, кто мог бы сделать подобный вигглер. Накопитель SPring-8 с энергией электронов 8 ГэВ является одним из самых современных и ярких источников СИ в мире, который уже почти год успешно работает. Постановка вигглера с рекордно высоким полем 10 Тесла на этот накопитель создаст мощный поток жёсткого рентгеновского излучения мощностью в 100 кВт с энергиями фотонов до 5 МэВ и с максимальной интенсивностью излучения в области 0.5 МэВ. Работа по изготовлению вигглера поддерживается грантом МНТЦ, конечной целью которого является создание источника медленных позитронов высокой яркости, используя жёсткую часть спектра СИ с энергией фотонов более 1 МэВ для создания электрон-позитронных пар на специальной мишени с последующим замедлением позитронов в модераторе. Проект близок к завершению - магнит собран и испытан, заканчивается сборка криостата. Летом планируем провести в институте 3-х месячные испытания одновременно вигглеров для Японии и Германии. После испытаний в институте оборудование будет поставлено в Германию в октябре и запущено к середине декабря, а испытания на территории SPring-8 планируются на январь 2000 года.

Кроме рекордных полей и высокоточных датчиков измерения магнитного поля в этих машинах применены многие другие новшества, которые до этого не применялись в нашем институте. Вместо жидкого азота будут использоваться специальные холодильники, которые будут закуплены у компаний SUMITOMO и Leybold для охлаждения экранов криостата до температур 20 и 80 градусов Кельвина. Для предотвращения испарения жидкого гелия будут установлены специальные холодильники-реконденсоры , которые будут конденсировать испарившийся гелий и возвращать его в криостат. Для уменьшения теплопритоков в криостат используются тоководы из высокотемпературных сверхпроводников и подвески из кевлара - полимера, который имеет прочность на разрыв такую же как у стали, а теплопроводность в десятки раз меньшую.

------ Как я уже говорил первый сверхпроводящий вигглер был сделан в 1978 году совместно с лабораторией Л.М.Баркова, второй вигглер с полем 4.5 Тесла был изготовлен для Курчатовского института для накопителя Сибирь-1 при участии группы В.Н.Корчуганова в 1985 году, в 1986 году лаборатория Ю.М.Шатунова изготовила 5-полюсный вигглер с поле до 8 Тесла, который работает и по сей день. В 1994 году ИЯФ получил контракт на изготовление сверхпроводящего вигглера с полем 7.5 Тесла для корейского накопителя PLS. Успешное завершение контракта нас вдохновило, к нам стали поступать предложения на изготовление вигглеров с сильным полем. В прошлом году вигглер на 7 Тесла (максимальное поле 7.5 Тесла) был запущен в центре СИ штата Луизиана (CAMD LSU) и сейчас этот центр получил крупное финансирование на строительство станции протеиновой кристаллографии и для медицинских приложений. Итого пока сделаны 7 вигглеров, из которых 4 для иностранных центров.

------Спрос есть, поскольку старых накопителей много и всем хочется их как-то улучшить при этом не тратя больших финансовых средств. Вигглеры постоянно совершенствуются и отличаются друг от друга параметрами. Нельзя сказать, что спрос на вигглеры устойчив и скорее всего этот спрос приходится создавать, объясняя обладателям накопителей с низкой энергией как они будут счастливы, если поставят у себя вигглер с сильным полем. Сейчас уже есть несколько потенциальных заказчиков, которые уже почти созрели для покупки вигглера в ближайшем будущем. Мы надеемся, что у нас продолжится сотрудничество в этой области с немцами, японцами и американцами.

--------У нас есть пока один долгожитель - это вигглер на ВЭПП-2, который работает уже более 12 лет и с годами его параметры только улучшаются. Мы надеемся, что вигглеры, которые мы делаем сейчас, будут также долгожителями. Первый вигглер ВЭПП-3 к сожалению был уничтожен пожаром.

---В работах по изготовлению вигглеров участвуют лаборатории 8-12(Мезенцев Н.А.), 6-0 (Медведко А.С.), 6-1 (Купер Э.А.), 1-4 (Анашин В.В.) - всего около 15 человек. Группа Боровикова В.М. (Л6-0) ведет разработку и изготовление источников питания, датчиков срыва сверхпроводимости и т.д. Работы по созданию датчиков измерения магнитного поля с помощью ЯМР и электроники успешно ведет Карпов Г.В. (Л6-0) , причем датчики ЯМР работают при низких температурах не на жидких, как обычно, а на твердых телах - порошки различных металлов (медь, алюминий) с размером зёрен в несколько микрон, покрытых тонким слоем тефлона. Основная работа по расчетам, намотке катушек, сборке и испытанию оборудования производится в Сек.8-12. Все расчёты магнитных полей и оптимизация распределения токов в обмотках для получения максимального поля проводит Михаил Федурин, он же участвует в проведении магнитных измерениях и проводит анализ измеренных данных. Виталий Шкаруба является основным мотором при изготовлении обмоток, сборке вигглера и проведении всяческих измерений. Максим Кузин обеспечивает управление вигглером при испытаниях от компьютера, подготавливая программное обеспечение для взаимодействия оператора с системами вигглера через электронику связи. Организация работы по намотке катушек, сборке и испытанию оборудования лежит на инженерах Бобылеве Б.В. и Дизендорфе Э.А. Техническая поддержка всех работ в лаборатории ведут лаборанты высокого разряда Поздеев А.И., Гургуца И.Б., Тойкичев Ю.А.

Совершенно незаменимым человеком в критических ситуациях является Валерий Хлестов, который умеет находить выход из тупиковых ситуаций, которые возникают при работе с цехом и при сборке и запуске оборудования. Очень много и хорошо помогают в нашей работе сотрудники криогенной станции во главе с Юрием Васильевичем Кузьмицким.

Проектирование сверхпроводящих магнитов, криостатов и вспомогательного оборудования ведет группа конструкторов в составе В.К. Журба, О.А.Ли, А.В.Ситников и опыт и мастерство их растёт с каждым новым вигглером и, что особенно хотелось бы отметить, это их высокую ответственность и изобретательность.

Надо отметить значительное улучшение работы цеха. За последнее время существенно сократились задержки с изготовлением оборудования со стороны цеха и большая заслуга в этом основных изготовителей вигглера - технолога Гагариной С.Г., нач. цеха Моргунова В.Г., мастера механиков Стрельникова В.В., мастера слесарей Семенюка В.Г., нач. производства Чиркова Б.Ф., слесаря Скареднова Н.И. Каждый ответственно подходит к выполнению работы с пониманием того, что только хорошо выполненная работа может дать нам перспективу на будущее.

---Каждый накопитель имеет свои особенности. Чтобы "врезать" вигглер в уже существующую машину, нужно много учесть и специально подстраиваться. Кроме самого магнита в криостате мы поставляем на накопитель вакуумные камеры и другое необходимое оборудование, которое тоже должно быть сделано не менее качественно с использованием современных технологий. Многие современные технологии у нас в институте достаточно хорошо освоены, так, например, сейчас нам не стыдно за наши вакуумные камеры.

"Что такое ВИГГЛЕР?"