Синхротрон "СИРИУС": различия между версиями

Версия от 04:28, 5 июня 2025

Синхротрон "Сириус" на энергию 1,5 ГэВ, 11 корпус ТПУ

Ускоритель в 1970-е годы

"Сириус" выходит на орбиту". Публикация в газете "Красное знамя" с подписями разработчиков через 10 лет после пуска синхротрона

д.ф.-м.н., профессор, ректор ТПИ в 1944 - 1970 гг. А.А. Воробьев - один из создателей ускорительной техники в ТПИ

д.т.н., профессор, первый директор НИИ ядерной физики при ТПИ И.П. Чучалин

Синхротрон СИРИУС (Сибирский резонансный импульсный ускоритель) – ускоритель электронов на энергию 1,5 ГэВ, созданный учеными Томского политехнического института в 1960-е гг. Синхротрон «Сириус» — кольцевой электронный ускоритель в СССР, в 60-70-х годах прошлого века входил в десятку крупнейших синхротронов мира. Являлся ускорителем первого поколения со слабой фокусировкой. Был построен и запущен в эксплуатацию в 1965 году, располагался в 11-м корпусе Томского политехнического университета. Общий вес установки — порядка 240 тонн, а мощность — 1,5 ГэВ. В 2008 году произошла остановка эксплуатации синхротрона из-за несоответствия мировому уровню параметров электронного пучка, а также больших энергозатрат. В 2023 г. на основании решения Минобрнауки РФ демонтирован.

Предпосылки

Уже в начале 50-х годов ректор ТПИ 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, И.П. Чучалина, Г.И. Димова и 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.

Создание и запуск синхротрона

Для разработки и создания ускорителей (синхротрона, бетатронов) 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.

В 1955 году в составе ФТФ была организована научно-исследовательская лаборатория №2, начальником которой был назначен И.П. Чучалин, а главным инженером Г.И. Димов. Научным руководителем лаборатории являлся А.А. Воробьев. В этом же году при обсуждении эскизного проекта синхротрона «Сириус» (Сибирский резонансный импульсный ускоритель) на совещании в Минвузе СССР было принято решение о повышении максимальной энергии ускоренных электронов с 1000 до 1500 МэВ, так как к тому времени уже было известно о разработке синхротрона в Италии на 1100 МэВ и о разработке в США Корнельского синхротрона на 1200 МэВ.

При поддержке первого секретаря Томского обкома КПСС В.А. Москвина и содействии заместителя председателя Совета министров М.Г. Первухина, курировавшего атомную и ядерную энергетику, Воробьев добился принятия решения СМ СССР о выделении ТПИ необходимых фондов на материалы и комплектующие изделия, а также средств на их приобретение и изготовление.

Реализацию этого решения А.А. Воробьев поручил своим ученикам – руководителям лабораторий и ответственным исполнителям отдельных узлов. В 1958 году на базе трех лабораторий ФТФ: №1 – фотоядерных исследований, №2 – разработки электронных ускорителей, №3 – циклотронной лаборатории, был создан НИИ ядерной физики, электроники и автоматики. Директором НИИ ЯФ был назначен 32-летний к.т.н. И.П. Чучалин, руководителем сектора разработки ускорителей на высокие энергии – Г.И. Димов, разработки электротехнических и радиотехнических систем – Б.А. Солнцев, вакуумной техники – А.Г. Власов, сверхвысоких частот – А.Н. Диденко.

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.

Продолжительный и кропотливый творческий труд по сооружению уникального ускорителя успешно завершен: 28 января 1965 года был осуществлен физический пуск синхротрона «Сириус» на 1,5 ГэВ. Главный комитет ВДНХ СССР за успехи в организации научно-исследовательских работ, разработку и создание электронного синхротрона «Сириус» наградил большую группу исполнителей во главе с А.А. Воробьевым дипломами почета, золотыми, серебряными и бронзовыми медалями.

Запущенный в 1965 г. синхротрон «Сириус» являлся самым мощным в стране и одним из крупнейших в мире. На нем был проведен большой объем фундаментальных исследований по физике ускорения заряженных частиц, физике ядра и элементарных частиц, физике твердого тела. Многие сотрудники, участвовавшие создании синхротрона и проводившие на нем исследования, стали крупными учеными, докторами, кандидатами наук.

Много лет на синхротроне проводились научные исследования совместно с учеными из США и Японии.

Научные исследования на синхротроне

Именно 1896 г. принято считать началом новой эры в развитии физики. Через два года будет открыт электрон, через пять лет М.Планк введет понятие кванта, через пятнадцать лет Э. Резерфорд докажет существование атомного ядра, а через полвека эхо атомных взрывов в Аламогордо, Хиросиме, Нагасаки ознаменует вступление в ядерный век.

В послевоенные годы в условиях политического цейтнота ученые и инженеры СССР смогли в короткий срок создать свое термоядерное оружие и достичь паритета с США. Как это ни парадоксально, но именно баланс ядерных сил позволил миру избегать глобальных войн уже более полувека.

Для кадрового обеспечения новых производств, созданных, созданных для решения этой проблемы, был открыт был более 40 лет назад физико-технический факультет ТПИ, выпускники которого внесли заметный след в общее дело. Естественно, что инженеры-физики с фундаментальным математическим образованием работали не только на задачи обороны, но и на развитие сугубо мирных отраслей техники, таких, например, как атомная энергетика, дефектоскопия, прецизионный элементный анализ, миниатюризация электронных схем, радиационное обеззараживание токсических отходов, стерилизация медицинских инструментов и т.д.

Синхронно с развитием физики в стране и мире крепла и развивалась база современных научных исследований и в ТПУ, в основном, усилиями собственных выпускников. Следует отметить разработку и создание первого российского бетатрона, разработку и пуск в эксплуатацию уникального парка физических установок в НИИ ЯФ ТПУ – синхротрон «Сириус», циклотрон, исследовательский ядерный реактор, комплекс сильноточных ускорителей. Многие исследования томских ученых-физиков в области ускорительной техники, взаимодействуя излучения с веществом, ядерной физики и проч. Являются общепризнанными, однако в год столетия открытия Рентгена имеет смысл рассказать об одном физическом результате, полученном на синхротроне «Сириус» НИИ ЯФ ТПУ.

В 1985 г. в ходе экспериментов по исследованию взаимодействия релятивистских электронов с монокристаллическими мишенями был обнаружен так называемый эффект «параметрического рентгеновского излучения» (ПРИ), суть которого состоит в следующем. Пучок релятивистских электронов падает на кристаллографическую плоскость, которая как бы «отражает» электрическое поле частиц по законам оптики (угол падения равен углу отражения), превращая поле частицы в пучок рентгеновских фотонов. В опытах Рентгена в качестве мишени использовались аморфные вещества, поэтому спектр Х-лучей был сплошным, подобно белому свету. Долгое время получение регулируемого монохроматического рентгеновского излучения было связано с двухэтапным процессом – электроны получают сплошной спектр, после чего кристаллом-монохроматором «вырезается» узкая линия (подобно призме Ньютона в оптике). Спектр рентгеновского параметрического излучения по своей природе является «линейным» и не нуждается в монохроматизации. Эффект ПРИ может быть использован для создания интенсивных источников монохроматического рентегеновского излучения с регулируемой длиной волны, потребность в которых имеется и в технике, и в медицине (томография, антография).

После экспериментов в Томске характеристики ПРИ начали изучать экспериментаторы на ускорителях США, Канады, Японии, Германии, Армении, Украины и впоследствии было показано, что ПРИ обладает высокой спектральной плотностью, сравнимой с плотностью наиболее мощного рентгеновского источника – синхротронного излучения. Однако синхротронное излучение генерируется пучком электронов при достижении энергии порядка 1000 МэВ, тогда как для ПРИ достаточно иметь электроны с энергией 50 МэВ. Приоритет и достижения томских ученых в этой области бесспорны, о чем неоднократно заявлялось на международных симпозиумах по электрофизике, которые проводились в Томске.

Лаборатория ТПИ № 11

Прошение директора НИИ ЯФ И.П. Чучалина на имя ректора ТПИ А.А. Воробьева о приеме на работу в НИИ лаборантов и техников

Лаборатория № 11 ТПИ в 1978 г.

Демонтаж ускорителя, май 2023 г.

К началу 1964 г. сооружение синхротрона было закончено. Для запуска и эксплуатации ускорителя был создан объект "Сириус", а для подготовки и проведения физических экспериментов под руководством В.М. Кузнецова создан сектор “ВЭ” (высоких энергий), который и положил начало истории лаборатории №11. В феврале 1977 года сектор “ВЭ” был преобразован в лабораторию № 11, которая под этим названием существует по настоящее время. Лабораторией руководили:

Кузнецов Владимир Михайлович - до 1979 г.,

Радуцкий Георгий Моисеевич - с 1979 по 1983 гг.

Потылицын Александр Петрович - с 1983 по 1995 гг.

Кречетов Юрий Федорович – с 1995 г. по окт. 2009 г.

Науменко Геннадий Андреевич - с ноября 2009 г по настоящее время.

Ускоритель был запущен 28 февраля 1965 г. Первые эксперименты на синхротроне "Сириус" были посвящены вопросам динамики ускоряемых частиц. Затем последовали измерения характеристик синхротронного излучения и работы по обратному рассеянию фотонов лазерного излучения на пучке электронов в синхротроне. Позже, в 1977 – 1980 г.г., М.М. Никитиным были впервые проведены подробные исследования характеристик излучения пучка электронов в плоском ондуляторе.

В 1960-х годах, параллельно с завершением работ по запуску синхротрона, по инициативе В.М. Кузнецова были начаты работы по созданию аппаратуры для исследования когерентного тормозного излучения (КТИ) в ориентированных кристаллах и по получению эксплуатационного пучка КТИ для экспериментов по физике элементарных частиц. Для этого, в 1968 г. был разработан, изготовлен и размещен в прямолинейном промежутке синхротрона прецизионный гониометр. В это же время под руководством Б.Н. Калинина был создан парный магнитный -спектрометр. В результате на кристалле алмаза был получен линейно-поляризованный пучок КТИ с величиной поляризации более 80%.

В 1968 - 1969 гг. были получены первые экспериментальные результаты на пучках -квантов: измерено время жизни π0-мезона с лучшей в мире точностью и начались систематические измерения асимметрии фотообразования π+-мезонов на протонах. В это время были освоены современные методики и подготовлены детекторы частиц, по своим характеристикам не уступавшие зарубежным:- искровые камеры с высоковольтными источниками питания;- черенковские спектрометры полного поглощения;- время-пролетные сцинтилляционные системы с разрешением по времени 10-9 с.

После проведения в Томске в 1970 г. Всесоюзной школы по физике электромагнитных взаимодействий более интенсивно продолжились исследования по фотообразованию пионов на ядрах. Разработана новая экспериментальная аппаратура с высокими параметрами: пробежные искровые камеры, спектрометры гамма-квантов, гелиевая стримерная камера, сильнофокусирующий магнитный анализатор частиц и созданы двухплечевые установки для корреляционных исследований фотомезонных реакций на ядрах.

В это время лаборатория состояла из нескольких групп. Три экспериментальные группы работали по фотомезонной тематике, это группа «π°» под руководством В.И. Крышкина, «π+» под руководством О.И. Стукова и «η» под руководством Г.Н. Дудкина. Еще одна группа под руководством В.В. Мамеева занималась просмотром и обработкой фотоэмульсий, экспонированных на «Сириусе» и других ускорителях. Также были две вспомогательных группы: электроники и высоковольтных источников питания.

Группу теоретиков возглавлял выдающийся ученый, один из основателей направления гиперядерной физики В.А. Филимонов. На начальном этапе работы теоретиков включали широкий спектр направлений: гиперядра, дисперсионные соотношения, алгебру токов и тождества Уорда, рассеяние пи-мезонов на нуклонах, фото- и электророждением пионов на нуклонах.

В эти годы был проведен ряд приоритетных исследований процессов фотообразования π- и η-мезонов на ядрах. В результате получены новые важные сведения о механизмах фотомезонных процессов на ядрах, о взаимодействии мезонов и нуклонов в конечном состоянии и структуре ядер. Многие из этих экспериментальных исследований отмечены Научным Советом РАН по «Физике электромагнитных взаимодействий» в числе лучших.

В 80-е и 90-е годы был модернизирован синхротрон, получены интенсивные поляризованные пучки фотонов высокой энергии, созданы многоцелевые детектирующие системы на основе широкоапертурных детекторов, создана локальная вычислительная сеть. На новых экспериментальных установках были получены важные и приоритетные физические результаты по околопороговому образованию нейтральных мезонов на легких ядрах, эксклюзивному фотообразованию пионов на ядрах углерода и по парциальным реакциям фотообразования нейтральных пионов на легчайших ядрах, фотодезинтеграции дейтерия линейно поляризованными фотонами.

В эти же годы, в рамках международной коллаборации по спиновой физике (США, Италия, Германия, Россия и др.), был разработан новый метод измерения поляризации протонов на основе реакции упругого рассеяния поляризованных протонов на поляризованных электронах. В начале 90-х лаборатория участвовала в проекте УКД (универсальный калоримитрический детектор) на УНК (Протвино), где отвечала за создание прецизионных координатных детекторов для мониторирования светимости встречных пучков протонов.

В 80-х годах была создана группа под руководством Г.Н. Дудкина для работы по созданию глубоководного детектора космического излучения на оз. Байкал в рамках коллаборации с ИЯИ и другими институтами. Затем она выделилась в отдельную лабораторию. Еще одна группа, под руководством В.Н. Стибунова, приняла участие в поляризационных экспериментах по взаимодействию электронов и фотонов с дейтронами на ускорителе ВЭПП-3 в Новосибирском ИЯФе. Она также выделилась в отдельную лабораторию.

Другим важным направлением исследований на синхротроне была физика взаимодействия ультрарелятивистских электронов с конденсированными средами. Это направление начало интенсивно развиваться в конце 70-х под руководством А.П. Потылицына.

Прецизионное измерение характеристик КТИ, проводившееся на синхротроне “Сириус" во второй половине 70-х годов, показало наличие явных аномалий, которые не описывались теорией КТИ. Так, в эксперименте, проведенном на "Сириусе" с монокристаллом алмаза, был обнаружен 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 выраженный 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 кристаллических 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 1985 году в эксперименте, проведенном на "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 рентгеновские детекторы, полупроводниковые спектрометры и др). Результаты пионерских экспериментов томской группы были подтверждены как теоретически, так и экспериментально во многих ускорительных лабораториях 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".

В этот же период проводилось исследование излучения релятивистских электронов в аморфных средах. Так, был впервые зарегистрирован эффект Ландау-Померанчука при излучении электронов с энергией менее 1 ГэВ. В 1996 году было впервые зарегистрировано поляризационное тормозное излучение.

В 2002 г. объект "Сириус" под руководством Н.А. Лашука вошел в состав лаб.11.

В 2000-е годы на синхротроне «Сириус» проведены два эксперимента. В одном исследовались изобарные конфигурации в ядрах. Была сделана оценка числа Delta-изобар в основном состоянии легких ядер. Результаты другого эксперимента по фотообразованию отрицательных пионов на углероде были интерпретированы как проявление квазисвязанного состояния ядра и Delta-изобары (такие состояния были названы нами Delta-ядрами). На основе данных эксперимента были оценены масса и ширина Delta-ядра 11BΔ. Также выполнен анализ ранее полученных экспериментальных данных по фотообразованию пионов на ряде ядер в Майнце, Сакле и Томске. В результате, дополнительно обнаружены еще четыре Delta-ядра. Перспективы развития этой тематики связаны с продолжением исследований на электронном синхротроне «Пахра» ФИАНа в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве между ТПУ и ФИАНом, подписанном в 2009 году.

В течение более 40 лет на синхротроне "Сириус" выработано на эксперимент около 100 тысяч часов пучкового времени. По результатам создания ускорителя, экспериментальным и теоретическим исследованиям проведено 9 всесоюзных конференций по электронным ускорителям, всесоюзная школа молодых ученых, заседание Совета АН по Э/М взаимодействиям, 8 международных симпозиумов "Излучение релятивистских электронов в периодических структурах" (RREPS), защищено более 20 докторских и около 100 кандидатских диссертаций.

С 2000 г. на пучках синхротрона и микротрона–инжектора синхротрона «Сириус» были начаты исследования дифракционного излучения релятивистских частиц и излучения Смита-Парселла в оптическом и миллиметровом диапазонах длин волн, что положило начало новому направлению исследований – невозмущающей диагностики пучков.

В начале 21-го века в коллаборации с японскими и американскими научными центрами проводились работы по созданию средств невозмущающей диагностики пучков современных коллайдеров на основе оптического дифракционного излучения. Так в физическом центре КЕК в Японии был создан и апробирован монитор поперечных размеров микронных пучков.

В 2008 г. было открыто новое направления исследований – изучение динамики поля релятивистских заряженных частиц в миллиметровом диапазоне длин волн. Получены экспериментальные результаты, подтверждающие существование нестабильных состояний электронов с частичной потерей кулоновского поля. Начаты работы по исследованию черенковского излучения электронов, также в миллиметровом диапазоне длин волн.

В 2011 г. открыто ещё одно новое направление – исследование взаимодействия поля релятивистских заряженных частиц с мета-материалами в миллиметровом диапазоне длин волн. Мета-материалы – это не существующие в природе структуры материалов, обладающие уникальными радиационными свойствами, такими, как отрицательный коэффициент преломления и др. В этом направлении в мире экспериментальные исследования ещё не проводились.

Чучалин Иван Петрович (д.т.н., профессор кафедры промышленной и медицинской электроники, в 1958 - 1968 гг. – директор НИИ ЯФ при ТПИ, в 1968 - 1972 гг. – с.н.с. НИИ ЯФ).

Один из создателей синхротрона «Сириус». В 1970 - 1972 гг. – научный руководитель объекта «Сириус» НИИ ЯФ, возглавлял сектор высоких энергий для подготовки и проведения физических экспериментов.

Потылицын Александр Петрович (доктор ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой прикладной физики ТПУ).

Основное научное направление П. связано с экспериментами на синхротроне «Сириус». Эксперименты томской группы ученых (С. А. Воробьев, А. Н. Диденко, В. Н. Забаев, Б. Н. Калинин, Ю. Н. Адищев, А. П. Потылицын) проводились по самым актуальным проблемам взаимодействия ускоренных электронов с веществом и обеспечили получение ряда приоритетных результатов. В частности, были обнаружены: сужение конуса излучения (1980 г.), высокая линейная поляризация излучения при плоскостном каналировании (1981 г.), подавление выхода жесткого гамма-излучения в условиях каналирования (1983 г.), возможность использования жестких монокристаллов (1 см) для генерации излучения при каналировании (1985 г.), значительное (50%) возрастание интенсивности излучения при каналировании охлажденных до азотных температур монокристаллических мишеней из кремния и германия (1986 г.).

Практически все полученные результаты отражены в обзорах авторитетных изданий, а также вошли в ряд монографий. Потылицыным была опубликована монография «Поляризационные фотонные пучки высокой энергии» - М.: Энергоатомиздат, 1987. Потылицын – автор более 100 статей в реферируемых журналах. Под его редакцией издано 3 сборника статей, в том числе один в Англии.

По мере возрастания интереса зарубежных ученых к научным достижениям политехников начались визиты иностранных физиков в Томск.

Первый состоялся летом 1991 г. Тогда профессор И. Энди (Хиросимский университет) и профессор К. Иошида (Институт ядерных исследований Токийского университета) посетили НИИ ядерной физики ТПУ. Было достигнуто соглашение о проведении совместных исследований как на синхротроне «Сириус», так и на синхротроне ИЯИ (Токио).

Первые эксперименты на «Сириусе» начались в 1992 г., результаты исследований опубликованы в престижном журнале (Phus.Rev.V.47 № 3, p 2207).

В 1993 г. исследования продолжались на синхротроне ИЯИ в Японии. В экспериментальном сеансе принял участие Потылицын. Совместные исследования поддерживались грантами Минобразования РФ и фонда ISPS (Япония), а также Институтя ядерных исследований (Токийский университет) и Национальной лаборатории физики высоких энергий (Япония). В 1996 г. был выигран грант на подготовку и проведение эксперимента ES-164 на синхротроне ИЯИ в Токио, руководителем которого были Потылицын и К. Иошида.

Приоритетные результаты, полученные на Томском синхротроне, активно обсуждались физиками из ведущих зарубежных лабораторий (США, Франции, Англии, Германии, Японии) на международных симпозиумах, посвященных излучению релятивистских электронов в периодических структурах в 1993-1995 гг. в г. Томске.

Потылицын был инициатором проведения этих симпозиумов и возглавил местный организационный центр. По предложению зарубежных участиков подобный симпозиум был проведен в Томске в 1997 г. Александр Петрович в течение 4 месяцев работал приглашенным профессором в Токийском университете. В 1996 - 1997 гг. по его инициативе и активном участии подготовлено и подписано соглашение о сотрудничестве между ТПУ и Хиросимским университетом о совместных разработках компактного электонного ускорителя. После взаимных визитов ректоров был подписан рамочный Договор между университетами, по которому студенты ФТФ участвовали в конкурсе на получение стипендии для включенного обучения в Хиросимском университете (в 1999 - 2 чел., 2001 – 1чел.).

Воробьев Сергей Александрович (1944 - 1992 гг.; доктор ф.-м.н., старший научный сотрудник НИИ ЯФ при ТПУ).

Научный интерес Воробьева – исследование дефектов в кристаллах и методы позитронной аннигиляции для исследования твердых тел. В 1970 г. начались исследования эффекта каналирования электронов и позитронов в кристаллах. Была создана группа ученых и аспирантов, которая выполнила пионерные работы по каналированию электронов низких энергий в кристаллах. Были получены новые сведения о взаимодействии заряженных частиц с атомами в твердых телах, подробно исследованы эффекты, возникающие при прохождении позитронов и электронов в кристаллах. Эти работы послужили фундаментом для дальнейших исследований по каналированию электронов высоких энергий, проводимых Сергеем Александровичем, Александром Петровичем Потылицыным и их сотрудниками.

В 1979 г. экспериментально был обнаружен новый тип электромагнитного излучения тремя исследовательскими группами – на синхротроне «Сириус» (Томск), на Ереванском синхротроне и на Стенфордском линейном ускорителе (США). Эти эксперименты стимулировали быстрое развертывание исследований характеристик обнаруженного излучения практически во всех научных центрах, имеющих электронные ускорители. Сергей Александрович возглавил в НИИ ЯФ это очень перспективное направление, связанное с экспериментальными исследования новых типов излучения релятивистских электронов в кристаллических мишенях – излучение при каналировании, параметрическое рентгеновское излучение, рентгеновское переходное излучение.

Практически все результаты, полученные на томском синхротроне, отражены в обзорах авторитетных изданий, а также вошли в ряд монографий, опубликованных ведущими учеными, как в нашей стране, так и за рубежом. Как признание приоритета томских ученых, в 1979 г. в Томске проводилась первая Всесоюзная школа, посвященная этим исследованиям.

Сипайлов Геннадий Антонович (1920 - 2004 гг.; д.т.н., профессор кафедры электрических машин и аппаратов ТПУ).

После полугодичной стажировки в 1955 г. на ленинградском заводе «Электросила», где С. участвовал в исследованиях по совершенствованию систем охлаждения гидрогенераторов и в разработке методик теплового и вентиляционного расчета гидрогенераторов, профессор А.А. Воробьев включил С. в группу научных сотрудников ТПИ по сооружению электронного синхротрона «Сириус» (НИИ ЯФ при ТПИ) в качестве разработчика и главного конструктора электромагнита, одного из крупных и важных узлов будущего ускорителя. Электронный синхротрон с конечной энергией ускорения электронов на 1,5 ГэВ по тому времени был крупнейшим сооружением подобного рода не только в Сибири, но и в стране. С. курировал изготовление его отдельных элементов на Новосибирском заводе «Сибэлектротяжмаш» и его монтаж.

Никитин Михаил Михайлович (д.ф.-м. н., профессор кафедры высшей математики и математической физики ТПУ).

После окончания ТПИ был направлен в НИИ ЯФ при ТПИ, работал на электронном синхротроне «Сириус» в должности инженера, старшего инженера, начальника смены, с 1972 г. – старшего научного сотрудника. Никитиным разработано новое научное направление – «Создание источников ондуляторного излучения релятивистскими электронами, исследование их свойств и использование в различных областях естественных наук и прикладной физики». Исследования в этой области он начал в 1972 г. Его монография «Ондуляторное излучение» (М.: Энергоиздат, 1998), обобщающая результаты его исследований, стала первой публикацией по данной тематике и получила широкое международное признание.

Первые экспериментальные результаты, полученные группой ученых ТПУ по изучению свойств этого уникального излучения релятивистских электронов, способствовали развитию современной теории поля и возникновению новых научных направлений: лазера на свободных электронах; излучение при каналировании зарядов в кристаллах; излучение в «коротком» магните; излучение в прямолинейном промежутке; создание лазера на основе ондулятора длиной в несколько десятков метров; квантовая теория кручения зарядов в периодических полях; проведение многочисленных прикладных работ с использованием синхротронного и ондуляторного излучения; создание основ спектроскопии нового типа –без спектральных приборов.

Усов Юрий Петрович (д.т.н., профессор кафедры теоретических основ электротехники ТПУ, в 1988 - 1997 гг. – директор НИИ ЯФ при ТПУ).

На годы директорства У. НИИ ЯФ пришлось самое тяжелое время для российской науки в ее новейшей истории. Для НИИ ЯФ это был особенно трудный период, т. к. основная его научная тематика ориентирована на фундаментальные исследования, базирующиеся на дорогостоящих экспериментах с использованием энергоемкого крупномасштабного оборудования. Резкое сокращение бюджетного финансирования, практически полное отсутствие заказов по оборонной тематике, наличие в «хозяйстве» НИИ ЯФ атомного реактора с поселком-спутником, целой галемы ускорителей заряженных частиц, включая синхротрон «Сириус», потребовали от всего коллектива НИИ ЯФ, руководства ТПУ огромных усилий по спасению института. Большая тяжесть лежала на плечах директора НИИ ЯФ У. Институт выстоял, хотя и с серьезными потерями высококвалифицированных кадров, и начал постепенно восстанавливать свой потенциал.

Основное направление научной деятельности У.– развитие мощной импульсной техники, разработка электро- и ядерно- физических устройств, внедрение достижений технической физики в практику научных исследований, технику и технологию. Научные работы, выполненные на электронном синхротроне «Сириус» (Сибирский резонансный импульсный ускоритель), - «Время жизни нейтрального иона» (письма в ЖЭТФ, 1969, т. 9, № 7 и т. 57, № 12) оценены академиком М.А. Макаровым как уникальные и до настоящего времени цитируются в литературе по фотомезонной физике.

Филимонов Виктор Александрович (1926 - 1991 гг.; профессор кафедры 12/21 ТПУ).

С августа 1958 г. работал научным сотрудником лаборатории №11 НИИ ядерной физики при ТПИ. После защиты кандидатской диссертации в 1961 г. по спецтеме - в должности старшего научного сотрудника той же лаборатории.

Был высококвалифицированным специалистом в области теории атомного ядра и элементарных частиц.

Направление теоретических и экспериментальных исследований в области теории атомного ядра и элементарных частиц сформировалось в конце 60-х годов после запуска в 1965 г. синхротрона «Сириус» - самого мощного электронного ускорителя в СССР - это фотообразование мезонов на нуклонах и ядрах. В 1968 - 1969 гг. были получены первые экспериментальные результаты: измерено время жизни π°-мезона с лучшей в то время точностью и измерена асимметрия фотообразования π+-мезона на протоне. Работа по измерению времени жизни нейтрального пиона была высоко оценена на годичном собрании РАН.

С 1958 по 1991 гг. в лаборатории №11 ТПИ (Лаборатория фундаментальных исследований структуры ядра и электромагнитных взаимодействий релятивистских заряженных частиц) под руководством Филимонова проводились теоретические исследования Гиперядер. Предложил новый механизм безмезонного распада - непосредственный переход Λ-гиперона в нейтрон.

Диденко Андрей Николаевич (д.ф.-м.н., профессор, в 1968 - 1987 гг. – директор НИИ ЯФ при ТПИ).

Разработал основы физики мощных ионных пучков. Главным научным направлением стало ускорение заряженных частиц, особенно сильноточных электронных и ионных пучков, и их применение для генерации мощных СВЧ-колебаний, накачки лазеров, модификации свойств различных материалов. Теоретически и экспериментально исследовал проблемы получения и использования высокоэнергетических и высокоинтенсивных электронных и ионных пучков в различных отраслях народного хозяйства. В период работы в ТПИ зарекомендовал себя крупным ученым-исследователем и организатором, руководителем большого коллектива сотрудников. За период его деятельности в НИИ ЯФ при ТПИ была создана томская школа физиков-ядерщиков, получившая широкую известность в стране и за рубежом.

На базе уникального комплекса электронных и протонных ускорителей с широким диапазоном энергии заряженных частиц, включающего электронный синхротрон на 1500 МэВ «Сириус», сильноточный бетатрон на 25 МэВ, электростатический генератор на 2,5 МэВ, циклотрон с диаметром полюсов 1,2 м, исследовательский реактор, сильноточный ускоритель «Тонус» и др., были проведены исследования по широкому кругу проблем в области ядерной физики, в том числе физики высокотемпературной плазмы, физической электроники и др., подготовлен большой отряд ученых, специалистов.

Ивашин Виктор Васильевич (профессор кафедры электрических машин и аппаратов ТПИ (ТПУ), старший научный сотрудник НИИ ЯФ ТПИ).

На 5 курсе ТПИ в числе других выпускников ЭМФ был привлечен к работам по сооружению синхротрона «Сириус» в НИИ ЯФ при ТПИ. И. была определена тема дипломного проекта «Расчет электромагнита и разработка его системы охлаждения». Представленный проект получил высокую оценку рецензентов, членов ГЭКа и после некоторой доработки был рекомендован к реализации при изготовлении электромагнита будущего синхротрона. По решению ГЭКа И. был оставлен а ТПИ для продолжения научно-исследовательской работы.

В 1957 - 1960 гг. – инженер лаборатории № 2 физико-технического факультета ТПИ, затем после реорганизации лаборатории – инженер НИИ ЯФ при ТПИ, где с группой сотрудников ЭМФ участвовал в разработке оригинальных и эффективных систем питания различных типов бетатронов, синхротрона «Сириус» и др. излучательных установок.

И. были выполнены исследования по проблеме бездуговой коммутации больших импульсных токов. Эти работы сыграли значительную роль в решении многих задач, связанных с импульсным питанием. Им был разработан и предложен ряд оригинальных схем и устройств бездуговой коммутации токов, применение которых в системах питания различных электрофизических установок и в электрических машинах существенно повысило эффективность и надежность их работы. Результаты этих исследований были обобщены в его докторской диссертации «Коммутация тока в схемах получения магнитных полей и в электрических машинах», которая была защищена в Совете ТПИ в 1969г. В НИИ ЯФ И. являлся научным руководителем по разработке различных электротехнических и радиотехнических схем. По результатам этих работ опубликовано 40 статей, получено 20 авторских свидетельств на изобретения.

Был руководителем лаборатории систем питания (лаборатория № 53) НИИ ЯФ ТПИ в 1962 - 1972 гг. Формирование будущей лаборатории проходило параллельно с созданием научного коллектива института, который складывался из выпускников 1956-1958 годов ФТФ, кафедры электрических машин ФАЭМ. В тот период для разработки импульсных бетатронов, научного обоснования проекта синхротрона "Сириус" Г.А. Сипайлов и И.П. Чучалин привлекают В.В. Ивашина, В.А. Кочегурова, В.М. Кузнецова и других молодых исследователей. Перед ними ставится задача разработки электромагнита и системы питания. Параллельно под научным руководством Б.А Солнцева идёт разработка ВЧ-системы синхротрона… В 1958-60 годы лаборатория разрабатывала и реализовывала принципиальные схемы питания синхротрона (группа В.М. Кузнецова). Тогда же на радиочастотном фазотроне был выполнен большой цикл исследований бетатронного захвата электронного пучка в синхротрон.

Переломным в развитии импульсных систем питания стал 1963 год, когда в НИИ ГПЭ поступила первая заявка на изобретение "Генератор импульсов тока для питания обмоток возбуждения циклических ускорителей" (В.В. Ивашин, Г.А. Сипайлов): ёмкостной накопитель при формировании импульсов тока в индуктивной нагрузке в однополярном режиме (по напряжению). Это позволило снять проблемы надёжности ёмкостного накопителя "Сириус", а с появлением силовых полупроводниковых вентилей эффективно решать вопросы импульсного питания бетатронов, как малогабаритных, так и сильноточных. В ходе исследований систем вентильно-механической коммутации тока были развиты два направления: безыскровая вентильно-механическая коммутация коллекторных машин постоянного тока и электродинамические приводы электропроводящих масс, позволившие разработать импульсные линейные двигатели.

Позднее был разработан ряд мощных систем, в том числе, коммутирующее устройство "ТОКАМАКА Т-3". В 1966-м завершается разработка научных основ систем питания электромагнитов с подмагничиванием постоянным током.

Кононов Борис Александрович (д.т.н., профессор кафедры прикладной физики ТПУ, С 15.01.1958 г. по 30.06.1995 г. – заведующий кафедрой № 12 ФТФ ТПУ, в 1961 - 1964 гг. – декан ФТФ ТПИ.). Совместно с сотрудниками НИИ ЯФ, ФТФ участвовал в теоретических разработках параметров электронного ускорителя синхротрона «Сириус».

Кочегуров Владимир Александрович (профессор кафедры прикладной математики ТПУ, С ноября 1959 г. – старший научный сотрудник НИИ ЯФ; в 1960-1964 гг. – заместитель руководителя лаборатории электроники и автоматики НИИ ЯФ, с сентября 1964 г. по сентябрь 1965 г. – заместитель директора НИИ ЯФ по научной работе, заведующий лабораторией по разработке ускорителей; заместитель научного руководителя по сооружению электронного синхротрона «Сириус».)

Входил в состав научно-технического Совета (НТС) по руководству наладочными работами, запуском, эксплуатацией и модернизацией этого объекта. С февраля по июль 1964 г. с группой сотрудников НИИ ЯФ проходил стажировку в национальной лаборатории во Фраскатти (Италия), знакомясь с научными исследованиями, проводимыми на созданном ранее синхротроне.

Полученные результаты были использованы при эксплуатации синхротрона «Сириус», запуск которого был осуществлен 28.01.1965 г. В тот период синхротрон «Сириус» был самым мощным электронным ускорителем в СССР, входил в десятку крупных синхротронов в мире. Запуск и ввод в эксплуатацию синхротрона «Сириус» послужил толчком к развитию нового научного направления, связанного с математическим моделированием и применением средств вычислительной техники в физических исследованиях.

Лещенко Иван Гаврилович (1924 - 1989 гг.; профессор кафедры информационно-измерительной техники ТПИ).

До 1957 г. работал старшим научным сотрудником, руководителем магнитного отдела по сооружению электронного синхротрона «Сириус». Лещенко принял активное участие в создании синхротрона «Сириус», являясь проектировщиком электромагнита.