9月18日,俄罗斯科学院西伯利亚研究所(INP SB RAS)专家已完成西伯利亚环光子源共享使用中心(SKIF)储存环上带永磁体的偶极子(内部称BPC)的组装,16个装置均通过测量,磁场强度达2.15特斯拉,将产生超强同步辐射(SR),扩展该源实验能力。
SKIF集体使用中心的加速器综合体包含电子源、直线加速器、增强同步加速器、电子束传输通道和主储存环。主加速环有周长476米的环形真空室,带电粒子束在其中以接近光速旋转,将同步辐射源分配给用户,用于结构病毒学、蛋白质晶体学、材料科学等多领域研究。该中心将SR源归类为第四代+,其关键特性之一是前所未有的低发射率(约73皮米·拉德),此参数决定SR亮度,在储存环中实现,储存环磁系统由多种类型磁体组成。
INP SB RAS部门负责人、物理学和数学博士Alexander Starostenko称,物理学设计理念为实现超低发射率需用磁场弱的弯曲磁体发“软”辐射,但科学家对硬X射线需求高,为扩展SKIF实验能力,提出在环上安装16个短且强的弯曲磁体产生硬SR的想法。制造此类偶极子极具挑战,研究表明需用永磁体。最初规格要求磁场强度2.05特斯拉,因选用抗退磁性能更强的永磁体品牌及特殊49K2F(Permendur)材料,实现了更高强度。目前16块BPC磁体已组装并测量,磁场强度达2.15特斯拉。
专家表示,组装比磁场测量更具挑战性。俄罗斯科学院西伯利亚原子能研究所(INP SB RAS)研究员塔季扬娜·雷比茨卡娅称,偶极子通常采用电磁线圈设计,但为在保持BPC结构紧凑时达到所需磁场,决定采用永磁体。线圈产生的磁场电流可随时关闭方便组装,而永磁体无法关闭,其设计结构两半间吸引力约两吨,是工程挑战。
偶极子组装分18个不同阶段,按严格顺序进行,组装一块BPC磁体需两个完整工作日,由经验丰富团队借助专门工具完成。亚历山大·斯塔罗斯坚科称,最终推入偶极子的磁铁能量高达160焦耳,飞出会造成冲击,10焦耳能量释放到人体就足以造成严重伤害,所以组装是精细工作,需训练有素人员,工作站配备各种安全装置。
SKIF共享中心是第四代及以上同步辐射源,位于新西伯利亚州,属于“科学与大学”国家项目,根据2019年7月25日俄罗斯总统令建设,由俄罗斯联邦总统驻西伯利亚联邦区全权代表特别监督。其客户和开发商是俄罗斯科学院西伯利亚分院博列斯科夫催化研究所、中央设计技术研究院(JSC CPTI,隶属俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)的燃料公司TVEL),总承包商是俄罗斯国家原子能公司的子公司Titan-2 Concern,俄罗斯科学院西伯利亚分院布德克尔核物理研究所是其技术复杂设备制造和调试的唯一承包商。