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SKIF同步辐射中心首台超导扭摆磁铁完成测试,准备安装至储存环

俄罗斯科学院西伯利亚分院布德克尔核物理研究所(BINP SB RAS)宣布,专为SKIF同步辐射中心"快过程"实验站(1-3号站)设计的首台超导扭摆磁铁(wiggler)已通过全部测试,准备安装至储存环。该装置计划于2026年秋季在储存环实现电子束稳定循环后进行安装。SKIF加速器-储存环复合体中,电子束经直线加速器产生初始能量,再通过增强器同步加速器达到设计能量,以接近光速注入储存环。当电子束穿过扭摆磁铁和波荡器时,在特殊构型磁场作用下产生同步辐射光,沿光束线输送至各实验站。

扭摆磁铁和波荡器是多极磁铁装置,通过交替变化的磁场使电子束沿蛇形轨迹运动,从而释放出具有高亮度、高强度、光子能量可调等独特特性的同步辐射。为实现所需的高磁场水平,该扭摆磁铁采用了超导线绕组,需冷却至极低温运行。SKIF中心采用了BINP自主研发的"干式"低温恒温器技术:超导磁体悬吊于真空中,由流经内部通道的氦气冷却,少量氦储备存放于磁体旁的小型容器中,通过制冷机的导热元件冷却,残余热流入仅零点几瓦,装置进入稳态后可自主运行数年无需补充液氦。

这台用于1-3号站的扭摆磁铁经历了多阶段测试。第一阶段检验全部超导绕组功能并进行磁场预测量,磁体浸入盛满液氦的4米深测试低温恒温器中。第二阶段将磁体装入最终将安装在储存环上的"干式"低温恒温器,精细调整磁场构型,确保电子束穿过扭摆磁铁后轨道不发生偏移,不影响其他用户运行。第三阶段在SKIF现场专用测试台上验证高能电子束飞经真空室时不会加热冷磁体或导致绕组失超——通过升高"冷"真空室温度模拟电子束加热效应,证明额外热负荷不影响磁体性能与工作状态。

该扭摆磁铁周期长度仅27毫米,在设计磁场2.7特斯拉条件下实际达到3.15特斯拉(留有较大余量)。BINP实验室主任维塔利·什卡鲁巴博士表示,在最小周期长度下实现最高磁场水平的参数目前为世界纪录,逼近物理与技术极限,尚无其他团队实现。1-3号站协调员伊万·鲁布佐夫表示,该站研究百万分之一秒量级的超快过程,无法累积统计或重复实验,需在一次光子闪光中获得尽可能多的光子——这正是为该站定制创纪录参数扭摆磁铁的原因。预计秋季安装至储存环后即可开始光学设备调试,目前正积极与萨罗夫全俄实验物理科学研究所筹备首轮实验方案,聚焦材料冲击波效应研究。

目前科学家与工程师已着手对下一台同步辐射发生装置——用于1-5号"高能X射线诊断"站的扭摆磁铁——进行最终测试。SKIF中心所有同步辐射发生装置将在年底前完成测试。


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