Российские учёные создали высокоскоростной прибор для измерения длины сгустка частиц в ускорителях

«Современный ускоритель, — объясняет доктор физико-математических наук, заведующий научно-исследовательским сектором ИЯФ СО РАН Олег Игоревич Мешков, — очень сложное устройство, и чтобы получить и сохранить в нем пучок элементарных частиц, необходимо непрерывно контролировать массу параметров. Немаловажная характеристика пучка — это его геометрические размеры. Поперечные размеры пучка частиц на большинстве ускорителей в мире непрерывно измеряются с хорошей точностью, продольный же размер контролировать не так-то просто, потому что пучок частиц с длиной от нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров движется практически со скоростью света. Соответственно, длительность вспышки света, сопровождающей движение пучка в поворотном магните ускорителя, может составлять от единиц до десятков пикосекунд (10^-12 с)».

Специалисты ИОФ РАН более полувека создают стрик-камеры — это электронно-оптические высокоскоростные фоторегистраторы, с помощью которых исследуют параметры изучаемого быстропротекающего процесса (БПП). Стрик-камеры ИОФ РАН имеют временное разрешение масштаба единиц пикосекунд, но они, как правило, используются для регистрации однократных процессов.

Проблема в том, что современные ускорители элементарных частиц работают круглосуточно, и параметры пучка должны измеряться на них непрерывно. Для надежного контроля параметров длины сгустка требуется временное разрешение в 1-3 пикосекунды. Поэтому ученые ИЯФ СО РАН и ИОФ РАН создали диссектор, предназначенный для измерения периодических процессов с временным разрешением до единиц пикосекунд. Стрик-камера формирует изображение БПП, а специальная система считывает его и преобразует в электрический импульс, регистрируемый осциллографом.

Созданные диссекторы нового поколения уже установлены на накопителе-охладителе Инжекционного комплекса ВЭПП-5 ИЯФ СО РАН, в дальнейшем его предполагают использовать на Новосибирском лазере на свободных электронах в ИЯФ СО РАН, есть предварительные соглашения о сотрудничестве с зарубежными коллегами.

В будущем, не исключают ученые, возможно оснащение таким оборудованием многих крупных ускорителей и источников синхротронного излучения во всем мире. «Отдел фотоэлектроники ИОФ РАН в состоянии обеспечить выпуск экспериментальных образцов пикосекундных диссекторных комплексов», — отметил доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом ИОФ РАН Михаил Яковлевич Щелев.

Ожидается, что совместная разработка ИЯФ СО РАН и ИОФ РАН вызовет большой интерес не только у сообщества физики высоких энергий и ускорителей, но также специалистов, которые работают с периодическими процессами на источниках СИ и при исследованиях в оптическом диапазоне. Этот прибор и разработанные методики измерений могут также быть интересными ученым из области физики твердого тела, биофизики, медицины.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.