В ИЯФ СО РАН впервые в мире в конструкции лазера на свободных электронах используется ондулятор-гармошка
В Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) запущен первый в мире лазер на свободных электронах, использующий ондулятор с плавно изменяемым периодом. Оригинальный ондулятор, напоминающий гармошку, предложен, сконструирован и изготовлен в ИЯФ СО РАН, и включает в себя сто магнитных полюсов. Разработка крайне важна для пользовательских установок — лазеров на свободных электронах и источников синхротронного излучения, поскольку позволяет существенно расширить диапазон генерируемого излучения и упростить работу пользователей — физиков, химиков, биологов и пр.
Ондуляторы — основные элементы в источниках синхротронного излучения и лазерах на свободных электронах. Это магнитные системы, которые создают знакопеременное периодическое магнитное поле. Это поле нужно для того, чтобы проходящие в нем электроны приобретали волнообразную траекторию. При движении зарядов по этой траектории они испускают излучение довольно высокой мощности. Для изменения длины волны этого излучения необходимо менять параметры магнитной системы.
В большинстве ондуляторов, которые работают на установках по всему миру, длина волны излучения регулируется изменением величины магнитного поля, при этом период ондулятора остается тем же. Но при изменении величины магнитного поля диапазон перестройки невелик. «Механически гораздо проще поменять зазор ондулятора, чем период, — прокомментировал заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН член-корреспондент РАН Николай Винокуров. — Чтобы менять период, необходимо систему раздвигать, как гармошку, а это сложная задача. Мы догадались использовать для ее решения расталкивание постоянных магнитов. Что это значит? Постоянные магниты могут не только притягиваться друг к другу, но и сильно отталкиваться одноименными полюсами. Нами была предложена конструкция, где магниты отталкиваются, как если бы между ними были пружины, только вместо пружин — магнитное поле. Раз между элементами есть расталкивание, то достаточно зафиксировать края и двигать их взад-вперед».
Главное преимущество нового ондулятора состоит в том, что благодаря оригинальной конструкции удается получить больший диапазон перестройки длины волны излучения. «Устройство действительно напоминает гармошку: так же сдвигается и раздвигается, с той лишь разницей, что вместо мехов — сто магнитных полюсов, которые и создают переменное магнитное поле, — пояснил научный руководитель научного направления синхротронных источников академик РАН Геннадий Кулипанов. — Это довольно длинная конструкция. Самое главное, что в ней реализовано — то, что при изменении длины волны продолжается генерация излучения лазера на свободных электронах. Применение таких ондуляторов позволяет расширить диапазон перестройки длин волн для источников синхротронного излучения и лазеров на свободных электронах. Менять период стало возможным практически одним нажатием кнопки. Предложить это было важно, но еще важнее — сконструировать и изготовить».
По словам ученых, ондулятор с переменным периодом — не просто ноу-хау, это первое устройство такого типа, которое работает на действующей установке. В данный момент команда установки «Новосибирский ЛСЭ» изучает, как меняется длина волны в разных диапазонах изменения периода. Таким образом исследователи получают информацию о том, какие минимальные и максимальные длины волн, соответствующие разным периодам, позволяет получить ондулятор.
Фото: Николай Винокуров/ИЯФ СО РАН