Синхротрон это ускоритель электронов построенные специально для генерации синхротронного излучения (СИ).
Что такое синхротронное излучение
Синхротронное излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое электронами, искривлённым за счет магнитного поля. Для получения его ускоренные частицы (в данном случае электроны) попадают в специальные магниты (вигглеры,ондуляторы), где за счет искривления траектории полета электрона происходит генерация синхротронного излучения.
В случае синхротрона электроны разгоняются в кольце, и двигаются по кругу для постоянной генерации синхротронного излучения.
Зачем нужно синхротронное излучение
Синхротроны на данный момент, наверно, самый востребованный метод исследования вещества. Мощность синхротронного излучения изменяется в яркости, грубо говоря, чем больше мощность генерируемого излучения, тем выше яркость. С помощью синхротронного излучения возможно исследовать магнитные свойства, структуру, внутреннее строение всевозможных веществ и даже белков. Сейчас особенно востребовано для исследования препаратов и лекарств в медицине. Для это в мире существует достаточное количество синхротронов различных поколений (в том числе и в России). Синхротроны всего мира открыты для заявок для исследования.
С чего все начиналось
В 1940 - 44 годах И. Я. Померанчук и Д. Д. Иваненко впервые разработали теорию синхротронного излучения применительно к кольцевым ускорителям частиц. В 1944 году советский физик Владимир Векслер и независимо от него годом позже американец Эдвин Макмиллан (Edwin McMillan) придумали принцип автофазировки. С этого начинается эра развития синхротронов. Начинаются строить различные синхротроны по всему миру, с каждым разом увеличивая мощность и яркость источников синхротронного излучения.
Для удобства синхротроны стали делить на поколения
1. Первое поколение — синхротроны, построенные для экспериментов по физике высоких энергий, где синхротронное излучение было побочным явлением. На этих установках впервые начали отрабатываться методики использования синхротронного излучения;
2. Второе поколение — синхротроны, специально построенные для генерации СИ. В основном использовали для генерации излучения поворотные магниты. Первым ускорителем, построенным специально для использования синхротронного излучения, стал синхротрон Tantalus, запущенный в 1968 году в США;
3. Третье поколение — источники СИ сегодняшнего дня. При проектировании синхротронов 3-го поколения в их конструкции предусматривалось большое число длинных (5 и более метров) прямолинейных промежутков, предназначенных для установки специальных вставок, генерирующих СИ —вигглеров и ондуляторов. Использование для генерации излучения специализированных устройств гораздо более энергоэффективно — большая часть излучаемой электронами энергии выводится непосредственно на экспериментальные станции
4. Четвёртое поколение источников синхротронного излучения — это проекты, которые не являются более синхротронами. Дальнейшее совершенствование накопителей — а именно повышение плотности электронов, повышение яркости источника СИ уже физически невозможно. . Для уменьшения повышения яркости предлагаются источники на базе лазеров на свободных электронах
На данный момент синхротронов 4 поколения всего 2(Франция-ESRF-EBS И Швеция-MAX IV), и 2 планируется к постройке (Новосибирск-СКИФ-2024 г. и Бразилия-Sirius-2021 г.), третьего поколения около 20.
Исследования
Одного синхротрона для проведения исследований, конечно, мало, поэтому на базе синхротрона размещают большое количество исследовательских станций. Функции большинства из них определяет требования мирового научного сообщества.
Для примера на синхротроне КИСИ-Курчатов (Москва) расположено 15 исследовательских станций, в ESRF-Франция около 50 исследовательских станций.
Каждая станция проектируется под конкретные методы исследования, такие как томография, дифракция, исследования монокристаллов и множество других.
А что в России?
В России на данный момент существует 2 синхротрона 1-го поколения (Новосибирск) и 1 синхротрон поколения 2.5 -го поколения (модернизированное второе поколение, Москва). Они хоть и не являются самыми современными, но очень востребованы российскими учеными. С учетом того, что наши специалисты в области создания синхротронов являются до сих пор лидерами в мире и участвовали в создание всех современных источников синхротронного излучения, хочется надеяться что самый современный синхротрон 4-го поколения появиться рано или поздно в России.