25/10/2016 ВУЗы

Томский аспирант улучшит диагностику мощнейшего в мире синхротрона

466 Сотрудничество Инновации Физика Томск ​Аспирант Физико-технического института Томского политеха Артем Новокшонов вместе с учеными Научной Лаборатории DESY (Германия) работает над улучшением и тестированием новых методик диагностики электронного пучка синхротрона PETRA III — одного из мощнейших источников синхротронного и рентгеновского излучения в мире. Этим летом аспирант ТПУ собрал и настроил на синхротроне установку, позволяющую измерять размеры ускоряемого пучка электронов, а в ноябре отправится в Германию, чтобы провести вместе с учеными DESY серию экспериментов по улучшению и тестированию новых методик измерения электронного пучка синхротрона.

Национальная Лаборатория DESY — один из крупнейших европейских физических центров. Здесь разрабатывают и создают ускорители заряженных частиц для исследований по физике элементарных частиц, а также для получения интенсивных пучков электромагнитного излучения для прикладных исследований в материаловедении, биологии, медицине и других областях науки.

На уникальных установках DESY проводят эксперименты физики всего мира, на практике подтверждая свои научные теории. Одной из таких установок является синхротрон PETRA III. "Это мощнейший в мире источник синхротронного и, в частности, рентгеновского излучения, который работает на базе научно-исследовательского центра DESY с 2009 года ", — поясняет аспирант ТПУАртем Новокшонов.

Этим летом политехник установил и отладил на синхротроне PETRA III интерферометр синхротронного излучения — устройство, которое используется для измерения поперечных размеров пучка заряженных частиц в кольцевом ускорителе.

Измерение параметров ускоряемого пучка частиц — одна из важнейших задач ускорительной техники. Контроль и диагностика пучка в процессе ускорения позволяют судить о работе ускорителя.

Правильно настроить размеры пучка необходимо для того, чтобы точно рассчитать интенсивность и прочие важные параметры рентгеновского или синхротронного излучения. Эти данные позволяют точно настраивать ускорительное оборудование, в том числе медицинские приборы.

"Интерферометр широко используется в диагностике ускорительной техники. Он удобен тем, что в процессе измерения размеров взаимодействует не с пучком электронов напрямую, а с излучаемым им синхротронным излучением, следовательно, устройство не разрушает и никак не искажает пучок электронов", — рассказывает Артем Новокшонов.

Синхротронное излучение проходит через оптическую систему прибора, разделяясь на два или четыре пучка. Далее все пучки собираются линзой в одной точке, и на экране появляется интерференционная картина. По ней и можно определить точный размер электронного пучка.

"Еще одно преимущество интерферометра — простота конструкции: устройство использует излучение в области видимого глазом света. Поэтому для его работы нужно правильно настроить все оптические элементы и написать ПО для обработки полученного изображения", — продолжает аспирант ТПУ.

Однако, несмотря на простоту конструкции прибора, работа по его сборке и отладке — процесс непростой и индивидуальный.

"Каждый крупный ускоритель являет собой "эксклюзивную" машину, имеющую собственный "характер", если можно так выразиться. Поэтому, для каждого ускорителя одна и та же система требует собственной настройки и отладки, — поясняет Артем Новокшонов. — Самые большие трудности возникают при настройке оптики интерферометра, ведь именно от нее зависит точность показаний прибора. Между тем, чем меньше пучок электронов, тем сложнее настройка измерительной техники".

Сейчас настроенный политехником прибор уже введен в эксплуатацию. В ноябре Артем Новокшонов снова отправится в Германию, где проведет вместе с учеными научно-исследовательского центра DESY серию экспериментов по его улучшению и тестированию новых методик измерения параметров электронного пучка.

"Мы постараемся определить, как можно еще больше повысить точность калибровки оптики измерительного интерферометра. Возможно, нам удастся усовершенствовать его так, чтобы контролировать пучки ускорителей меньших размеров", — говорит молодой ученый.

Справка:

Напомним, в августе 2016 года Томский политехнический университет заключил договор о научном сотрудничестве с Национальной Лабораторией DESY (Германия) — одним из крупнейших европейских физических центров. В числе важнейших проектов DESY — создание рентгеновского лазера European XFEL. Разработка позволит расширить возможности современной медицинской диагностики — с ее помощью можно будет изучать малейшие изменения, происходящие в организме на молекулярном уровне.

Задачей политехников в совместном проекте станет разработка аппаратуры для диагностической станции непрерывного контроля параметров усиленного пучка European XFEL, что позволит сделать работу рентгеновского лазера максимально точной.