Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 737

Закрутили магнитное поле

Закрутили магнитное поле
Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали необычный сверхпроводящий магнит разработали для ЦКП «СКИФ»

Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали прототип необычного сверхпроводящего эллиптического ондулятора – устройства с периодическим магнитным полем, генерирующим ондуляторное излучение (ОИ) с циркулярно-поляризованным излучением. При движении внутри ондулятора электрон попадает в поперечное магнитное поле, изменяющееся по спирали и генерирует циркулярно-поляризованное излучение. Хотя эксперименты со спиральными ондуляторами с вращающимся магнитным полем ведутся с 70-х гг. XX в., схема установки, предложенная в Институте, реализована впервые в мире. Планируется, что данный вид магнитов будет использоваться на экспериментальных станциях Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») и позволит пользователям работать с методом рентгеновского магнитного дихроизма, необходимого для изучения веществ со сложной магнитной структурой, например, редкоземельных элементов или молекулярных магнетиков. Результаты работы были представлены на конференции Synchrotron and Free electron laser Radiation: generation and application (SFR-2020).

Ондулятор – это устройство с периодическим магнитным полем, генерирующее когерентное ондуляторное излучение в синхротроне. От качества магнитного поля в ондуляторе зависит качество излучения, которое получат пользователи на экспериментальных станциях, а, следовательно, и результаты их исследований. В физике точность магнитного поля в ондуляторе выражается в общепринятой величиной – фазовой ошибке. Чем меньше фазовая ошибка, тем выше яркость излучения. Среднеквадратичная ошибка три градуса вполне приемлема для многих экспериментов.

Одна из разработок специалистов ИЯФ СО РАН – эллиптический ондулятор, в котором благодаря необычной расстановке сверхпроводящих магнитных катушек, создается магнитное поле, изменяющееся по спирали вдоль ондулятора. На данный момент разработан и создан его прототип. Предполагается, что в будущем данный вид ондулятора будет использоваться на экспериментальных станциях ЦКП «СКИФ».

«Сверхпроводящие катушки ставятся крест-накрест под углом 90 градусов, таким образом, выходящее, как обычно, вверх магнитное поле из нижнего ряда катушек сталкивается с противоположно направленным магнитным полем из верхнего ряда катушек, – рассказывает аспирант ИЯФ СО РАН Павел Каноник. – Встретившись, ни одно из этих полей уже не может замкнуться на самом себе, поэтому начинает искать альтернативное направление. Желание магнитного поля найти способ замкнуться создает добавочную магнитную компоненту – поперечную, что, в свою очередь, создает магнитное поле, вращающееся по спирали. Ондулятор называется эллиптическим, потому что поперечная компонента магнитного поля на 30% меньше продольной, так что общее магнитное поле имеет форму растянутого круга, эллипса».

Вид синхротронного излучения, при котором фотоны закручиваются по спирали, необходим пользователям для работы с методом рентгеновского магнитного дихроизма. Данный метод позволяет изучать вещества со сложной магнитной структурой, например, редкоземельные элементы, которые используются в различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной и химической промышленности, в металлургии. Так на основе элементов неодима, иттрия, самария и других получают сплавы с рекордными магнитными свойствами для создания постоянных магнитов огромной мощности. Также современное материаловедение активно занимается созданием новых полифункциональных материалов с заданными магнитными свойствами – молекулярных магнетиков, которые обладают низкой плотностью, механической гибкостью, высокой намагниченностью, низкой магнитной анизотропией и др. Одна из основных областей применения таких материалов – молекулярная электроника, занимающаяся разработкой компактных устройств со сверхъемкой магнитной памятью.

Для того чтобы получать детальную информацию о магнитной структуре магнетиков с использованием рентгеновского излучения, необходима возможность быстрого переключения правой и левой поляризации излучения. У эллиптического ондулятора, разработанного и созданного в ИЯФ СО РАН, такая возможность предусмотрена.

«Некоторые вещества, например, редкоземельные элементы, имеют очень сложную магнитную структуру, – рассказывает советник дирекции ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Николай Мезенцев. – Для того чтобы при помощи рентгеновского излучения получать информацию только о ней, нужно уметь отделять рассеяние излучения на магнитных моментах от остальной информации – рассеяния на электронах атомов, электрическом поле ядер вещества – в данном случае ненужной. Это можно сделать при помощи переключения поляризации излучения в ондуляторе. Быстро меняя поляризацию с левой на правую и наоборот, а потом вычитая полученные результаты, мы получаем информацию только о взаимодействии фотонов с магнитным полем. Конструкция нашей системы, состоящая из двух эллиптических ондуляторов с левой и правой спиралью поля и быстрых корректоров между ними, сдвигающих орбиту летящих электронов так, что излучение экспериментатору идет то с левой, то с правой поляризацией, позволяет это делать».

В мире эксперименты со спиральными ондуляторами с циркулярно меняющимся магнитным полем ведутся с 70-х гг. XX в., но переключение поляризации в них невозможный или технически очень сложный процесс. По словам специалистов ИЯФ СО РАН, предложенная в Институте система сверхпроводящего ондулятора с эллиптическим полем и переключением поляризации первая в мире. «На данный момент мы создали прототип ондулятора и получили первые экспериментальные результаты – продемонстрировали эллиптическое магнитное поле. В будущем он может быть установлен на экспериментальных станциях ЦКП «СКИФ» для работы с методом рентгеновского магнитного дихроизма – запрос от пользователей уже есть, и они будут довольны, ведь ИЯФ СО РАН известен во всем мире производством сверхпроводящих вигглеров, которые генерируют СИ с нужными характеристиками», – добавляет Павел Каноник.

 

Фото предоставлено Павлом Каноником.

магнитное поле сверхпроводящий магнит скиф

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.