Специализированные источники синхротронного излучения
Поколения источников СИ
Источники синхротронного излучения условно делят на четыре поколения:
- Первое поколение источников синхротронного излучения
- Синхротроны, построенные для экспериментов по физике высоких энергий, где синхротронное излучение было побочным явлением. На этих установках впервые начали отрабатываться методики использования синхротронного излучения;
- Второе поколение источников синхротронного излучения
- 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;
- Третье поколение источников синхротронного излучения
- 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, при этом снятие магнитного поля с неиспользуемых в отдельные моменты времени вставных устройств позволяет также существенно уменьшить энергопотребление экспериментальной установки. Следует указать, что мощность потерь энергии электронами на одном вставном устройстве может превышать 300 кВт.
- 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. Критическим параметром стал эмиттанс — фактически, фазовый объём, занимаемый электронами при движении по орбите. При этом оказывается, что если даже в начальный момент инжекции электроны имели очень маленький эмиттанс, в процессе многократного (миллиарды раз) прохождения по орбите, они «забывают» о своем начальном состоянии, и эмиттанс пучка далее определяется квантовыми флуктуациями синхротронного излучения. Для уменьшения эмиттанса (и таким образом повышения яркости) предлагаются источники на базе лазеров на свободных электронах, а также линейных ускорителей с рекуперацией энергии "MARS"
Top-Up режим или режим инжекции на полной энергии
Top-Up или режим инжекции на полной энергии — специализированный режим работы ускорительно-накопительного комплекса (синхротрона). Для реализации Top-UP режима в составе комплекса необходимо иметь дополнительный, бустерный синхротрон, обеспечивающий инжекцию электронов в накопительное кольцо основного ускорителя на полной (рабочей) энергии ускорителя. Инжекция на полной энергии позволяет не проводить перенакоплений электронов, а добавлять электроны к уже движущимся в накопительном кольце, компенсируя происходящие потери частиц.
В отличие от этого режима, более распространенной конструкцией ускорительно-накопительного комплекса является такая, в которой инжекция происходит на энергии в несколько раз меньшей. Меньшая энергия инжекции позволяет иметь гораздо более дешёвую и компактную систему инжекции, но требует регулярных перекоплений электронного пучка (со сбросом ранее накопленных электронов), и последующего ускорения накопленных электронов до полной энергии в основном накопительном кольце.
Российские источники СИ
- Курчатовский источник синхротронного излучения
- «Сибирский центр синхротронного излучения» — ускорители ВЭПП-3, ВЭПП-4 — используются в том числе в качестве источников СИ. Также работает Новосибирский лазер на свободных электронах в терагерцовой области излучения.
- Дубнинский электронный синхротрон (строится)
- Зеленоградский электронный синхротрон — институт физпроблем им. Ф. В. Лукина (строится)
Некоторые источники СИ третьего поколения
Список современных специализированных источников синхротронного излучения
| Название | Где | Год запуска | Периметр | Энергия e- | Ток пучка | Число сгустков | Эмиттанс | Время жизни | www |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ALBA |  Испания, Барселона | 2011 | 268.8 | 3 ГэВ | 400 мА | - | 4.3 нм·рад | - | www |
| ALS |  США, Беркли | 1993 | - | - | - | - | - | - | www |
| ANKA |  Германия, Карлсруэ | 2003 | - | 2.5 ГэВ | 200 мА | - | 50 нм·рад | - | www |
| APS | США, Чикаго | 1995 | 1104 м | 7 ГэВ | - | - | 3.0 нм·рад | - | www |
| AS |  Австралия, Мельбурн | 2007 | 216 м | 3 ГэВ | 200 мА | - | - | 20 ч | www |
| ASTRID |  Дания, Орхус | 1991 | 40 м | 0.58 ГэВ | 200 мА | 14 | 140 нм·рад | 100 ч | www |
| BESSY II | Германия, Адлерсхоф | 1998 | 240 м | 1.7 ГэВ | - | 350 | 6.1 нм·рад | - | www |
| BSRF |  КНР, Пекин | 1991 | - | - | - | - | - | - | |
| CANDLE |  Армения, Ереван | проект | 216 м | 3 ГэВ | 350 мА | 282 | - | 18 ч | www |
| CHESS | США, Корнелл | 1979 | 768 м | 2 ГэВ | - | - | - | - | www |
| CLIO |  Франция, Орсэ | - | - | - | - | - | - | - | |
| CLS |  Канада, Саскатун | 2004 | 171 м | 2.9 ГэВ | 300 мА | - | 18.2 нм·рад | - | www |
| DELSY |  Россия, Дубна | проект | - | 1.2 ГэВ | - | - | - | - | www |
| DELTA | Германия, Дортмунд | 1994 | 115.2 м | 1.5 ГэВ | 130 мА | - | 5 нм·рад | 10 ч | www |
| Diamond |  Великобритания, Оксфордшир | 2007 | 561.6 м | 3 ГэВ | 300 мА | - | 2.7 нм·рад | - | www |
| ELBE | Германия, Дрезден | - | - | - | - | - | - | - | www |
| ELETTRA |  Италия, Триест | 1993 | 260 м | 2.5 ГэВ | 320 мА | 432 | 7.0 нм·рад | - | www |
| ELSA | Германия, Бонн | - | - | 3.5 ГэВ | - | - | - | - | www |
| ESRF | Франция, Гренобль | 1994 | 844 м | 6 ГэВ | 200 мА | 992 | 4 нм·рад | 60 ч | www |
| FELIX |  Нидерланды, Утрехт | - | - | - | - | - | - | - | www |
| HASYLAB | Германия, DESY | - | - | - | - | - | - | - | www |
| Indus-1 |  Индия, Индаур | - | - | 0.45 ГэВ | 100 мА | - | - | - | www |
| Indus-2 | Индия, Индаур | 2006 | 172.47 м | 2.5 ГэВ | 300 мА | - | 58.1 нм·рад | - | www |
| LNLS |  Бразилия, Сан-Паулу | 1997 | 93.2 | 1.37 ГэВ | 250 мА | - | 100 нм·рад | - | www |
| MAX I |  Швеция, Лунд | 1986 | 32.4 | 0.55 ГэВ | 250 мА | - | 40 нм·рад | 1 ч | www |
| MAX II | Швеция, Лунд | 1996 | 90 | 1.5 ГэВ | 280 мА | - | 9 нм·рад | 4 ч | www |
| MAX III | Швеция, Лунд | 2007 | 36 | 0.7 ГэВ | 280 мА | - | 13 нм·рад | 1 ч | www |
| NSLS | США, Брукхейвен | 1984 | 170.1 м | 2.8 ГэВ | 300 мА | 25 | 66 нм·рад | 20 ч | www |
| NSLS-II | США, Брукхейвен | 2015 | 792 м | 3 ГэВ | 500 мА | - | - | - | www |
| NSRL | КНР, Хэфэй | - | - | 0.8 ГэВ | - | - | - | - | |
| PF |  Япония, KEK | - | - | 2.5 ГэВ | 350 мА | - | - | - | |
| PF-AR | Япония, KEK | - | - | 6.5 ГэВ | 35 мА | 1 | - | - | |
| PLS-II |  Республика Корея, Пхохан | 2012 | 281.82 м | 3.0 ГэВ | 400 мА | 400 | 5.8 нм·рад | 10 ч | www |
| SAGA-LS | Япония, Тосу | - | 75.6 | 1.4 ГэВ | 300 мА | - | 7.5 нм·рад | 10 ч | www |
| SESAME |  Иордания, Эль-Балка | 2015 | 125 м | 2.5 ГэВ | 400 мА | - | 24.6 нм·рад | - | www |
| SIBIR-2 | Россия, Москва | 1999 | 124.1 м | 2.5 ГэВ | 300 мА | - | 98 нм·рад | 10 ч | www |
| SLS |  Швейцария, Филлиген | 2000 | 288 м | 2.4 ГэВ | 300 мА | - | 5.5 нм·рад | 10 ч | www |
| SOLEIL | Франция, Париж | 2006 | 354 м | 2.75 ГэВ | 500 мА | - | 3.7 нм·рад | 15 ч | www |
| SPEAR 3 | США, Стэнфорд | 1993 | - | 3 ГэВ | 500 мА | - | 18 нм·рад | - | www |
| SPring-8 | Япония, Хёго | - | 1436 м | 8 ГэВ | 100 мА | - | 3 нм·рад | 200 ч | www |
| SPS |  Таиланд, Накхонратчасима | - | 81.3 | 1.2 ГэВ | 100 мА | - | - | - | www |
| SRC | США, Мадисон | 1987 | 88.9 м | 0.8 ГэВ | 250 мА | 15 | 41 нм·рад | 4 ч | www |
| SSLS |  Сингапур, NUS | - | - | 0.7 ГэВ | - | - | - | - | www |
| SSRF | КНР, Шанхай | 2009 | 432 м | 3.5 ГэВ | 300 мА | - | 3.9 нм·рад | 10 ч | www |
| SURF III | США, NIST | - | - | - | - | - | - | - | - |
| TPS |  Китайская Республика, Синьчжу | 2014 | 518.4 м | 3 ГэВ | 400 мА | - | 1.7 нм·рад | - | www |
| UVSOR II | Япония, Окадзаки | - | 53.2 м | 0.75 ГэВ | 300 мА | - | 27.4 нм·рад | - | www |
| VEPP-3 | Россия, Новосибирск | 1987 | 74.4 м | 2.0 ГэВ | 160 мА | - | 292 нм·рад | 5 ч | www |
| VSX | Япония, Касива | - | 280.5 м | 1.8 ГэВ | 500 мА | - | 8 нм·рад | - | www |