Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника: различия между версиями

Перейти к навигации Перейти к поиску
нет описания правки
Нет описания правки
Нет описания правки
 
(не показано 7 промежуточных версий этого же участника)
Строка 1: Строка 1:
'''Научная школа: Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника'''
'''Научная школа: Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника'''


Строка 9: Строка 10:
==Предпосылки==
==Предпосылки==


Разработка проблем теории и практики ускорения заряженных частиц в Томском политехническом институте была начата в 1946 г. по инициативе ректора института профессора [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьева]]. В те годы все работы, касавшиеся учкорителей, как в СССР, так и в других странах, были строго засекречены и взаимный обмен научной ирнформацией между чеными практически исключался. Поэтому созданный в ТПИ небольшой коллектив ученых и инженеров был поставлен перед необходимостью начинать исследованиря с нуля – изучения основ теории индукционного ускорения электронов, проектирование отдельных узлов ускорителя и установки в целом, разработка технологии производства, а затем – изготовление, монтаж, накладка и запуск готового ускорителя.  
Разработка проблем теории и практики ускорения заряженных частиц в [[ТПУ|Томском политехническом институте]] была начата в 1946 г. по инициативе ректора института профессора [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьева]]. В те годы все работы, касавшиеся учкорителей, как в СССР, так и в других странах, были строго засекречены и взаимный обмен научной ирнформацией между чеными практически исключался. Поэтому созданный в ТПИ небольшой коллектив ученых и инженеров был поставлен перед необходимостью начинать исследованиря с нуля – изучения основ теории индукционного ускорения электронов, проектирование отдельных узлов ускорителя и установки в целом, разработка технологии производства, а затем – изготовление, монтаж, накладка и запуск готового ускорителя.  


==Бетатроны==
==Бетатроны==
Строка 50: Строка 51:
В начале 50-х годов А.А. Воробьев четко представлял, что успешное использование электронных ускорителей заряженных частиц в ядерной физике возможно только в случае создания таких ускорителей уже не на миллионы, а на миллиарды электронвольт. Из циклических ускорителей, как показали работы учеников Александра Акимовича, [[Чучалин Иван Петрович|И.П. Чучалина]], [[Димов Геннадий Иванович|Г.И. Димова]] и [[Лещенко Иван Гаврилович|И.Г. Лещенко]], максимальная энергия ускоренных электронов в бетатронах ограничивается сотнями МэВ. Поэтому он предложил заняться разработкой и созданием ускорителей электронов–синхротронов на энергии, измеряемые миллиардами электронвольт.
В начале 50-х годов А.А. Воробьев четко представлял, что успешное использование электронных ускорителей заряженных частиц в ядерной физике возможно только в случае создания таких ускорителей уже не на миллионы, а на миллиарды электронвольт. Из циклических ускорителей, как показали работы учеников Александра Акимовича, [[Чучалин Иван Петрович|И.П. Чучалина]], [[Димов Геннадий Иванович|Г.И. Димова]] и [[Лещенко Иван Гаврилович|И.Г. Лещенко]], максимальная энергия ускоренных электронов в бетатронах ограничивается сотнями МэВ. Поэтому он предложил заняться разработкой и созданием ускорителей электронов–синхротронов на энергии, измеряемые миллиардами электронвольт.


Для разработки и создания таких уникальных установок потребовались высококвалифицированные, специально подготовленные кадры и новые формы научно-исследовательских работ. Много сил и энергии приложил А.А. Воробьев для открытия в ТПИ новых факультетов и кафедр, чтобы готовить инженеров-физиков для реализации ядерной программы. Итогом его усилий явилось постановление Совета Министров СССР от 7 мая 1949 года об организации в ТПИ физико-технического факультета. Затем последовал приказ министра Высшего образования СССР С.В. Кафтанова об открытии в 1950 году ФТФ при ТПИ в составе четырех специальностей, а также предписывалось на ФТФ создание 6 кафедр.
Для разработки и создания таких уникальных установок потребовались высококвалифицированные, специально подготовленные кадры и новые формы научно-исследовательских работ. Много сил и энергии приложил [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьев]] для открытия в ТПИ новых факультетов и кафедр, чтобы готовить инженеров-физиков для реализации ядерной программы. Итогом его усилий явилось постановление Совета Министров СССР от 7 мая 1949 года об организации в ТПИ [[Физико-технический факультет ТПУ|физико-технического]] факультета. Затем последовал приказ министра Высшего образования СССР С.В. Кафтанова об открытии в 1950 году [[Физико-технический факультет ТПУ|ФТФ]] при ТПИ в составе четырех специальностей, а также предписывалось на ФТФ создание 6 кафедр.
Ректору ТПИ, профессору А.А. Воробьеву была предоставлена широкая возможность для обновления и пополнения преподавательского состава за счет привлечения к учебному процессу молодых перспективных ученых, главным образом, выпускников аспирантуры. С этой миссией А.А. Воробьев побывал во многих ведущих вузах страны, в частности, в Ленинградском электротехническом институте, Харьковском электротехническом институте и др. Ряды преподавателей ТПИ пополнили [[Сипайлов Геннадий Антонович|Г. Сипайлов]], В. Панов, Б. Извозчиков, И. Зильберман, М. Пинский, В. Денисова, [[Шульженко Клавдия Михайловна|К. Шульженко]] и др. Большинство из них считали годы работы в ТПИ наиболее плодотворными и полезными и давали высокую оценку мудрой политике А.А. Воробьева в кадровом вопросе, отмечая его решающую роль в росте рейтинга и популярности политехнического.
Ректору ТПИ, профессору А.А. Воробьеву была предоставлена широкая возможность для обновления и пополнения преподавательского состава за счет привлечения к учебному процессу молодых перспективных ученых, главным образом, выпускников аспирантуры. С этой миссией А.А. Воробьев побывал во многих ведущих вузах страны, в частности, в Ленинградском электротехническом институте, Харьковском электротехническом институте и др. Ряды преподавателей ТПИ пополнили [[Сипайлов Геннадий Антонович|Г. Сипайлов]], В. Панов, Б. Извозчиков, И. Зильберман, М. Пинский, В. Денисова, [[Шульженко Клавдия Михайловна|К. Шульженко]] и др. Большинство из них считали годы работы в ТПИ наиболее плодотворными и полезными и давали высокую оценку мудрой политике А.А. Воробьева в кадровом вопросе, отмечая его решающую роль в росте рейтинга и популярности политехнического.


Строка 61: Строка 62:
К процессу изготовления отдельных узлов синхротрона были привлечены на договорной основе заводы Ленинграда, Свердловска, Новосибирска, Томска, Юрги и др.
К процессу изготовления отдельных узлов синхротрона были привлечены на договорной основе заводы Ленинграда, Свердловска, Новосибирска, Томска, Юрги и др.


Для большей гарантии того, что создаваемый синхротрон «Сириус» оправдает возлагаемые на него надежды, было принято решение создать модельный синхротрон на энергию 300 МэВ (установка «РФ-Томск»). Изготовление отдельных элементов модельного синхротрона производилась в экспериментальных мастерских, а его монтаж и настройка - в помещении нового 11-го корпуса. 12 апреля 1961 года состоялся успешный пуск модельного синхротрона.
Для большей гарантии того, что создаваемый [[Синхротрон "СИРИУС"|синхротрон «Сириус»]] оправдает возлагаемые на него надежды, было принято решение создать модельный синхротрон на энергию 300 МэВ (установка «РФ-Томск»). Изготовление отдельных элементов модельного синхротрона производилась в экспериментальных мастерских, а его монтаж и настройка - в помещении нового 11-го корпуса. 12 апреля 1961 года состоялся успешный пуск модельного синхротрона.


28 января 1965 года был осуществлен физический пуск синхротрона «Сириус» на 1,5 ГэВ.   
28 января 1965 года был осуществлен физический пуск синхротрона «Сириус» на 1,5 ГэВ.   
Строка 74: Строка 75:
Важным направлением исследований на синхротроне была физика взаимодействия ультрарелятивистских электронов с конденсированными средами. Это направление начало интенсивно развиваться в конце 70-х под руководством [[Потылицын Александр Петрович|А.П. Потылицына]].  
Важным направлением исследований на синхротроне была физика взаимодействия ультрарелятивистских электронов с конденсированными средами. Это направление начало интенсивно развиваться в конце 70-х под руководством [[Потылицын Александр Петрович|А.П. Потылицына]].  


Прецизионное измерение характеристик КТИ, проводившееся на синхротроне “Сириус" во второй половине 70-х годов, показало на¬личие явных аномалий, которые не описывались теорией КТИ. Так, в эксперименте, проведенном на "Сириусе" с монокристаллом алмаза, был обна¬ружен эффект КТИ В. Началось исследование излучения при каналировании (ИК) релятивистских частиц. В эксперименте на «Сириусе» в 1978 г. впервые было показано, что радиационные потери имеют ярко выражен¬ный максимум в случае движения электронов вдоль кристаллографической оси. Несколько позже аналогичные результаты были получены российско-американской группой на позитронном пучке Стэнфордского ускорителя и ереванской группой на синхротроне "АРУС". Обнаруженный эффект широко использовался впоследствии для ориентации кристал¬лических мишеней на многих ускорителях. Также целый ряд других характеристик ИК, измеренных впервые на синхротроне "Си¬риус", нашли свое подтверждение и развитие в экспериментах, поставленных на раз¬личных электронных ускорителях Европы, Японии и стран СНГ.  
Прецизионное измерение характеристик КТИ, проводившееся на синхротроне “Сириус" во второй половине 70-х годов, показало на¬личие явных аномалий, которые не описывались теорией КТИ. Так, в эксперименте, проведенном на "Сириусе" с монокристаллом алмаза, был обна¬ружен эффект КТИ В. Началось исследование излучения при каналировании (ИК) релятивистских частиц. В эксперименте на «Сириусе» в 1978 г. впервые было показано, что радиационные потери имеют ярко выражен¬ный максимум в случае движения электронов вдоль кристаллографической оси. Несколько позже аналогичные результаты были получены российско-американской группой на позитронном пучке Стэнфордского ускорителя и ереванской группой на синхротроне "АРУС". Обнаруженный эффект широко использовался впоследствии для ориентации кристал¬лических мишеней на многих ускорителях. Также целый ряд других характеристик ИК, измеренных впервые на синхротроне "Сириус", нашли свое подтверждение и развитие в экспериментах, поставленных на различных электронных ускорителях Европы, Японии и стран СНГ.  
 
В качестве возможного приложения ИК была показана возможность создания эффективного источника позитронов на основе конвертора из ориентированного кристалла, которая была проверена в 1996 г. в российско-японском эксперименте на Токийском синхротроне. В 1998 г. аналогичный совместный эксперимент был проведен на линейном ускорителе Национальной лаборатории по физике высоких энергий (Цукуба, Япония).  
В качестве возможного приложения ИК была показана возможность создания эффективного источника позитронов на основе конвертора из ориентированного кристалла, которая была проверена в 1996 г. в российско-японском эксперименте на Токийском синхротроне. В 1998 г. аналогичный совместный эксперимент был проведен на линейном ускорителе Национальной лаборатории по физике высоких энергий (Цукуба, Япония).  


В 1985 году в эксперименте, проведенном на [[Синхротрон "СИРИУС"|"Сириусе"]], обнаружен новый тип излучения, названный параметрическим рентгеновским излучением (ПРИ). В дальнейшем, ха¬рактеристики ПРИ были исследованы на "Сириусе" с использованием современной аппаратуры (гониометр с азотным охлаждением, координатные рентгенов-ские детекторы, полупроводниковые спектрометры и др). Результаты пионерских экспериментов томской группы были подтверждены как теоретически, так и экспериментально во многих ускорительных лабора¬ториях США, Японии, Канады, Германии.  
В 1985 году в эксперименте, проведенном на [[Синхротрон "СИРИУС"|"Сириусе"]], обнаружен новый тип излучения, названный параметрическим рентгеновским излучением (ПРИ). В дальнейшем, характеристики ПРИ были исследованы на "Сириусе" с использованием современной аппаратуры (гониометр с азотным охлаждением, координатные рентгенов-ские детекторы, полупроводниковые спектрометры и др). Результаты пионерских экспериментов томской группы были подтверждены как теоретически, так и экспериментально во многих ускорительных лабора¬ториях США, Японии, Канады, Германии.  


Сотрудники лаборатории неоднократно принимали участие в экспериментах по исследо¬ванию характеристик ПРИ на зарубежных ускорителях, а известные ученые из США и Японии (М. Моран, Р. Фиорито, И. Эндо, К. Накаяма) приезжали в Томск для со-вместных экспериментов на синхротроне "Сириус".  
Сотрудники лаборатории неоднократно принимали участие в экспериментах по исследо¬ванию характеристик ПРИ на зарубежных ускорителях, а известные ученые из США и Японии (М. Моран, Р. Фиорито, И. Эндо, К. Накаяма) приезжали в Томск для со-вместных экспериментов на синхротроне "Сириус".  
Строка 97: Строка 99:
Параллельно с разработкой и сооружением ускорителей собственными силами, в ТПУ монтировалисьт ускорители, изготовленные и поставляемые в ТПИ другими научными учреждениями СССР. Так институтом электрофизической  аппаратуры им. Д.В. Ефремова (Ленинград) были посмтавлены циклотрон и электростатический генератор ЭСГ-2,5. Циклотронная лаборатория была создана в ТПИ в 1957 г. Циклотрон с диаметром полюсов 120 см. может ускорять протоны до 33 Мэв. Позже циклотрон был модернизирован, что позволило ускорять на нем, кроме протонов, также дейтроны, ядра гелия, ионы тяжелых газов – углерода, азота, кислорода. Наряду с физическими исследованиями, получением коротеорежущих радионуклидов, на базе циклотрона создан (совместно с НИИ онкологии) медико-биологический комплекс для нейтронной терапии злокачественных опухолей.
Параллельно с разработкой и сооружением ускорителей собственными силами, в ТПУ монтировалисьт ускорители, изготовленные и поставляемые в ТПИ другими научными учреждениями СССР. Так институтом электрофизической  аппаратуры им. Д.В. Ефремова (Ленинград) были посмтавлены циклотрон и электростатический генератор ЭСГ-2,5. Циклотронная лаборатория была создана в ТПИ в 1957 г. Циклотрон с диаметром полюсов 120 см. может ускорять протоны до 33 Мэв. Позже циклотрон был модернизирован, что позволило ускорять на нем, кроме протонов, также дейтроны, ядра гелия, ионы тяжелых газов – углерода, азота, кислорода. Наряду с физическими исследованиями, получением коротеорежущих радионуклидов, на базе циклотрона создан (совместно с НИИ онкологии) медико-биологический комплекс для нейтронной терапии злокачественных опухолей.


Электростатический генератор  на 2,5 Мэв может ускорять или электроны, или ионы; с его помощью проводятся исследования по радиационной физике. Генератор дает пучки электронов, ионов гелия, ионов водорода с энергией 2,3 Мэв. На базе электростатического ускорителя получен новый «ионный микрозонд». Фокусирующаясистема позволяет получать пучок диаметром до 10 микрометров, что значительно расширяет экспериментальные возможности усановки.  
Электростатический генератор  на 2,5 Мэв может ускорять или электроны, или ионы; с его помощью проводятся исследования по радиационной физике. Генератор дает пучки электронов, ионов гелия, ионов водорода с энергией 2,3 Мэв. На базе электростатического ускорителя получен новый «ионный микрозонд». Фокусирующая система позволяет получать пучок диаметром до 10 микрометров, что значительно расширяет экспериментальные возможности усановки.  


Линейный ускоритель электронов «Электроника» ЭЛУ-4 предназначен для радиационной обработки электронным пучком изделий электронной техники. Ускоритель  разработан в НПО «Торий» (Москва) и введен в эксплуатацию в 1986 г. Диапаззон регулировки средней энергии ускоренных электронов составляет 2,3-4,1 Мэв. Максимальная энергия ускоренных  электронов достигает 6 Мэв. Максимальный средний ток ускоренных электронов равен 1000 мкА. Ускоритель снабжен устройством для развертки электронного пучка. Ускоритель используется для радиационных испытаний элементов бортовой аппаратуры космических аппаратов, радиационной стерилизации радиационного сырья и изделий, медицинской техники, а также для отработки радиационных технологий.
Линейный ускоритель электронов «Электроника» ЭЛУ-4 предназначен для радиационной обработки электронным пучком изделий электронной техники. Ускоритель  разработан в НПО «Торий» (Москва) и введен в эксплуатацию в 1986 г. Диапаззон регулировки средней энергии ускоренных электронов составляет 2,3-4,1 Мэв. Максимальная энергия ускоренных  электронов достигает 6 Мэв. Максимальный средний ток ускоренных электронов равен 1000 мкА. Ускоритель снабжен устройством для развертки электронного пучка. Ускоритель используется для радиационных испытаний элементов бортовой аппаратуры космических аппаратов, радиационной стерилизации радиационного сырья и изделий, медицинской техники, а также для отработки радиационных технологий.
Строка 117: Строка 119:
1. Журнал ТПУ «Томский политехник» /Издание Ассоциации выпускников ТПУ; № 6, 2000 г. - 224 с.
1. Журнал ТПУ «Томский политехник» /Издание Ассоциации выпускников ТПУ; № 6, 2000 г. - 224 с.


2. [[Николаев Михаил Григорьевич|Николаев М.Г.]] «Ректор Томского политехнического института А.А. Воробьев. Воспоминания, размышления». Изд-во «Красное знамя», Томск, 2000г. – 142с.
2. [[Николаев Михаил Григорьевич|Николаев М.Г.]] «Ректор Томского политехнического института [[Воробьев Александр Акимович|А.А. Воробьев]]. Воспоминания, размышления». Изд-во «Красное знамя», Томск, 2000г. – 142с.


3. http://portal.tpu.ru/person/vorobiev/science/synchrotron
3. http://portal.tpu.ru/person/vorobiev/science/synchrotron
Строка 125: Строка 127:
5. http://portal.tpu.ru/departments/laboratory/lab11/history
5. http://portal.tpu.ru/departments/laboratory/lab11/history


6.      Становление и развитие научных школ Томского политехнического университета: Исторический очерк/Под ред. [[Похолков Юрий Петрович|Ю.П. Похолкова]], [[Ушаков Василий Яковлевич|В.Я. Ушакова]]. – Томск: ТПУ, 1996. – 249 с.
6.      Становление и развитие научных школ [[ТПУ|Томского политехнического университета]]: Исторический очерк/Под ред. [[Похолков Юрий Петрович|Ю.П. Похолкова]], [[Ушаков Василий Яковлевич|В.Я. Ушакова]]. – Томск: ТПУ, 1996. – 249 с.


7.      http://portal.tpu.ru/person/vorobiev/science/betatron
7.      http://portal.tpu.ru/person/vorobiev/science/betatron

Навигация