http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=e074870c-dd43-4d21-b83d-c6d99bc3a847&print=1© 2024 Российская академия наук
Как в ИЯФ создали технологию производства линейных ускорителей
Началось с неприятности. Планировалось, что 90% оборудования для строящегося Сибирского кольцевого источника фотонов (ЦКП «СКИФ») Институт ядерной физики СО РАН (ИЯФ СО РАН) произведет самостоятельно или с помощью отечественных предприятий, однако клистроны должны были закупить у японской фирмы Canon. Успели приобрести один прибор, потом компания расторгла уже подписанный контракт из-за санкций. Напомним читателю, что линейные ускорители электронов и позитронов - центральная часть самых разных установок мегасайенс: коллайдеров, синхротронов, источников комптоновского и терагерцового излучения. И для ускорения пучка электронов в линейном ускорителе до 200 МэВ необходимы мощные высокочастотные усилители - те самые клистроны, они преобразуют энергию электронов в энергию СВЧ-колебаний. Небольшая СВЧ-мощность, 500 ватт, которая подается на вход клистрона, на выходе усиливается в сто тысяч раз. Сформированные в линейном ускорителе пучки с частотой 2856 Гц поступают в бустер-синхротрон, ускоряются до рабочей энергии 3000 МэВ, а затем попадают в накопительное кольцо «СКИФ» длиной почти полкилометра. Здесь происходит накопление необходимого для исследователей количества частиц, которые движутся по круговой орбите, формируемой магнитами, и излучают синхротронное излучение. Это излучение по специальным каналам подается пользователям центра: биологам, химикам, геологам, материаловедам. С его помощью они проводят свои исследования.
Вышеупомянутые клистроны производят всего три компании в мире - CPI (США), французская Thales и Canon, разорвавшая контракт.
- Специалисты ИЯФ СО РАН были вынуждены в срочном порядке начать изготовление клистрона своими силами. Сомнений в том, что у нас получится, не было, но остро стоял вопрос времени. Нужно было уложиться в сроки сдачи синхротрона. Клистрон - сложное устройство, мы работали над его созданием в фоновом режиме много лет, но поскольку раньше прибор можно было купить, мотивация у нас отсутствовала. К счастью, в рамках крупного проекта Российского научного фонда, который наш институт реализовал в 2014-2018 годах, удалось создать основы технологии производства таких устройств. Санкции заставили как следует взяться за дело, и у нас получилось - спустя год мы действительно произвели клистрон, он надежно работает уже два месяца. Наше экспериментальное производство приступило к изготовлению первых серийных приборов. Учитывая ранее разработанные в ИЯФ СО РАН высоковольтные модуляторы, ускоряющие структуры, электронную пушку и другое уникальное оборудование, можно констатировать: в Российской Федерации появилась отечественная технология создания «под ключ» линейных ускорителей электронов и позитронов, необходимых для источников синхротронного излучения, коллайдеров и проектов мегасайенс, - рассказал на пресс-конференции директор ЦКП «СКИФ», заместитель директора ИЯФ СО РАН член-корреспондент РАН Евгений Левичев.
- Мы занимаемся этим направлением более тридцати лет, - добавил директор ИЯФ СО РАН академик Павел Логачев. - Все началось с того, что американская Национальная ускорительная лаборатория SLAC (США) подарила нам свой клистрон и мы стали учиться с ним работать. Таким образом американцы отблагодарили нас за то, что мы выручили их в тяжелой ситуации, изготовив уникальное оборудование. Благодаря тем, давним, наработкам, а также новым, сейчас, когда возникла необходимость, мы создали собственный клистрон. Это позволило нам стать самостоятельным игроком на рынке и ни от кого не зависеть при создании линейных ускорителей, необходимых для источников синхротронного излучения и других приложений, где нужна СВЧ-мощность более 50 мегаватт. В России технология будет востребована при строительстве следующих, уже запроектированных, установок: Курчатовский специализированный источник синхротронного излучения «КИСИ-Курчатов» (Москва), синхротрон «Русский источник фотонов» («РИФ»), который планируется создать на базе Дальневосточного федерального университета (Владивосток), синхротрон «СИЛА» в Институте физики высоких энергий им. А.А.Логунова (Москва). Также клистроны понадобятся для строительства коллайдера Супер С-тау фабрики, источника комптоновского излучения в Сарове, источника нейтронов в Дубне.
В мае 2023 года на созданном в ИЯФ СО РАН прототипе клистрона достигнуты проектная СВЧ-мощность 50 МВт и другие параметры, гарантирующие работу линейного ускорителя «СКИФ». Прототип, продемонстрированный журналистам, уже месяц работает в штатном режиме. Причем, как выяснилось, производить самим значительно дешевле, чем закупать в Японии. Для ЦКП «СКИФ» понадобятся четыре клистрона. На их производстве ИЯФ отработает технологию, а в дальнейшем более выгодные по стоимости российские приборы могут стать конкурентоспособными и на мировом рынке.
Все работы - и испытание прототипа, и запуск в серию новых клистронов - ведутся параллельно, чтобы в срок сдать в эксплуатацию ЦКП «СКИФ».
- Полным ходом идут строительство площадки для «СКИФ» в наукограде Кольцово под Новосибирском и разработка оборудования для синхротрона, а также станций первой очереди. В настоящее время осуществляется синхронизация работ ИЯФ СО РАН по изготовлению оборудования и строительно-монтажных работ, чтобы в середине 2024 года начать сборку инжекционного, а затем и основного накопительного комплекса. Предполагается осуществить запуск установки до конца 2024 года, - сказал директор Института катализа СО РАН, заказчика и застройщика ЦКП «СКИФ», академик Валерий Бухтияров. - В первой очереди запланировано 6 пользовательских станций, вторая очередь первоначально состояла из 30, но, видимо, будем увеличивать это количество - столь велик интерес исследователей.
- Прорывные научные проекты во всем мире напрямую связаны с мегаустановками. Именно поэтому сейчас, в Десятилетие науки и технологий, разработка клистрона станет важным заделом при обеспечении технологической независимости нашей страны. Важно понимать, что потенциальных зарубежных заказчиков еще больше, поскольку производителей таких устройств в мире мало, - прокомментировал прорыв сибиряков глава Министерства науки и высшего образования РФ Валерий Фальков.