Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника: различия между версиями

==Предпосылки==

==Бетатроны==

Последующий ход событий показпал, что выбранное научное направление являетсячрезвычайно плодотворным, и принятые методы решения научных и практических проблем вполне себя оправдали. Бетатронной тематикой были впоследствии заняты сотни научных сотрудников, инженеров и студентов института, организованы многие научные лаборатории и опытные производства, открыта подготовка инженерных кадров по ряду новых специальностей (ускорители заряженных частиц; дозиметрия ионизирующих излучений; неразрушающие методы контроля и др.). В результате изготовлены и посталены заказчикам многие десятки бетатронов. Бетатроны ТПИ работают во многих странах мира (Китай, Индия, Англия, Франция, Финляндия, Германия, Италия, Польша, Чехия и др.).

Сама идея создать такой ускоритель зародилась в 20-е – 30-е гг., в том числе у немецкого физика Штейнбека и швейцарца Р. Видерое. Военные события конца 30-х годов не позволили реализовать эти идеи в Европе. Первый бетатрон был запущен в 1941г. в Иллинойском технологическом университете США группой физиков под руководством профессора Д. Керста, в 1946г. – в Швейцарии под руководством профессора Р. Видерое, в 1947г. – в Томске. Бетатроны изготавливались и в других странах, и в других институтах СССР. Но только в Томске эта проблема была решена как создание нескольких классов установок общего и специального назначения.

Однажды, в конце дня, профессор Эккард пригласил А.А. Воробьева к себе в кабинет для обсуждения достиженийи перспектив дальнейшего развития бетатроностроения. В кабинете, кроме профессора Эккарда, были профессора Штейнбек и Р. Видерое, основатель и президент фирмы «Гамма-Мат» профессор Зауервейн. У собеседников было очень много вопросов о достижениях томской школы бетатроностроения. При этом неоднократно говорилось, что создание трех классов установок, т.е. промышленного назначения на энергии 15-35 Мэв, специального назначения – сильноточных и стереобетатронов, а также малогабаритных, является не только достижением мирового уровня, но и свидетельствует о создании в Томском политехническом институте коллектива специалистов. Подчеркивался высокий уровень научного руководства работами и прогнозированием направления развития проблемы. В итоге профессора Штейнбек, Р. Видерое и Зуервейн выразили желание приехать в Томск для озакомления с достижениями в бетатроностроении. В последующем стараниями профессоров Л.М. Ананьева и В.Л. Чахлова удалось создать соваместное производство малогабаритных бетатронов с английской фирмой и выйти, таким образом, на мировой уровень развития и производства бетатронов.

Бетатрон – циклический индукционный ускоритель, в котором для ускорения электронов используется вихревое электрическое поле, создаваемое переменным магнитным потоком, одновременно управляющим движением электронов по заданной траектории.

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.

Первые эксперименты на синхротроне начались с изучения динамики ускоряемых частиц. Были проведены исследования влияния квантового характера синхротронного излучения на динамику электронов в синхротроне. В первом эксперименте, проведенном в1968-1969 годах уже на пучке γ-квантов, было измерено время жизни π°-мезона с лучшей в мире точностью. Теоретические исследования были связаны с изучением свойств гиперядер, рассеянием, фото- и электророждением мезонов на нуклонах и ядрах.

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 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.  

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 1957г. 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.

Ионные пучки находят широкое применение в исследованиях по модификации поверхности материалов и реализации технологических режимов –высококонцентрированной имплантации и плазменного осаждения покрытий и динамических режимов ионного перемешивания.

==Источники==