В Институте ядерной физики СО РАН разработали устройство для исследования материалов, которые могут использоваться в микросхемах терагерцевого диапазона. Работа выполнена на Новосибирском лазере на свободных электронах. С его помощью физики научились генерировать плазмон-поляритоны и изучать их взаимодействие с разными материалами.

Микроэлектроника приближается к пределу возможностей транзисторных микросхем. Элементы меньше 15 нанометров теряют эффективность из-за квантовых эффектов и перегрева. Чтобы увеличить скорость передачи данных, нужны другие подходы. Один из них — использовать не объемные волны, а поверхностные, так называемые плазмон-поляритоны. Они позволяют обойти дифракционный предел и работать с субволновыми масштабами.

Новосибирский лазер на свободных электронах — источник мощного терагерцевого излучения. По средней мощности он в десятки раз превышает другие подобные источники и позволяет проводить эксперименты в диапазоне длин волн от 8 до 403 микрометров.

Специалисты создали оптическое устройство и метод определения глубины проникновения поля плазмон-поляритонов в воздух над поверхностью проводника. В эксперименте использовали золотое напыление толщиной 1 микрометр с покрытием из сульфида цинка. Устройство позволяет измерять отражение плазмон-поляритонов от проводящего экрана и оценивать дифракционные потери. Метод не требует контакта с образцом.

Метод показал свою эффективность. Удалось измерить глубину проникновения плазмон-поляритонов и определить диэлектрическую проницаемость приповерхностного слоя золота в терагерцевом диапазоне. Эти данные ранее были неизвестны, отметили в ИЯФ.

Полученные результаты нужны для разработки плазмонных интегральных схем, например на основе графена или углеродных нанотрубок, и для определения вертикальных размеров их элементов. Метод позволяет работать с образцами толщиной в сотни нанометров.

Информация о локализации плазмонного поля пригодится и для других задач, например при создании компактных терагерцевых генераторов.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь

Также у нас теперь есть канал в МАХ

Российские физики разрабатывают ключевые технологии для будущей термоядерной энергетики. В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН создан и испытан прототип инжектора высокоэнергетических частиц, необходимого для нагрева и диагностики плазмы в перспективных токамаках.

Устройство генерирует пучок отрицательных ионов водорода с энергией 400 кэВ и током свыше 1 А. В отличие от большинства зарубежных аналогов, российская конструкция имеет уникальную особенность: ионный источник отделён от ускорителя специальной переходной зоной. Это позволяет эффективно очищать пучок от паразитных частиц и значительно повышает надёжность и высоковольтную прочность всей системы.

Разработка ведётся в рамках проекта по созданию нового российского токамака с реакторными технологиями (ТРТ). Для этой установки потребуются инжекторы, способные создавать пучки атомов дейтерия мощностью более 20 мегаватт в продолжительных импульсах. Отработанные в прототипе технические решения — включая систему охлаждения электродов и метод распределённой подачи цезия — станут основой для создания этих мощных систем.

Полученные результаты подтверждают эффективность выбранного подхода и укрепляют позиции российских учёных в глобальных исследованиях по управляемому термоядерному синтезу, отметили в ИЯФ.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь

Это станция 1-7, предназначенная для базовых методов синхротронной диагностики в научной и образовательной работе.

Её универсальное оборудование позволит учёным из разных городов России проводить эксперименты в таких областях, как химия, физика, биология, геология, медицина и материаловедение. Уже сейчас сформирован первичный список исследовательских задач от институтов Новосибирска, Москвы, Томска, Екатеринбурга и других научных центров.

Как отмечают координаторы проекта, количество заявок на эксперименты будет расти по мере приближения момента, когда сам источник синхротронного излучения — накопительное кольцо — выйдет на рабочий режим. Эта станция станет одной из первых, где начнётся практическая научная работа на установке класса «мегасайенс».

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь

Учёные и инженеры сделали важный шаг в запуске нового сибирского научного центра — «СКИФа». Им впервые удалось провести пучок разогнанных электронов через всю цепочку ускорителей и направить его в главное кольцо установки.

Это значит, что сердце будущего синхротронного центра — система разгона частиц — работает правильно. Пучок электронов успешно прошёл путь от линейного ускорителя через промежуточный бустер и по 220-метровому тоннелю попал в накопительное кольцо, достигнув нужной энергии.

Теперь специалисты сосредоточатся на тонкой настройке всех систем, чтобы установка могла работать непрерывно и стабильно. Само накопительное кольцо длиной почти в полкилометра уже собрано в специальном помещении с точнейшим контролем температуры, рассказали в пресс-службе ЦПК Скиф.

Одновременно идёт монтаж семи первых научных лабораторий — экспериментальных станций. Здесь учёные со всей страны смогут исследовать материалы, биологические образцы и другие объекты с помощью мощного рентгеновского излучения, которое генерирует установка.

Все ключевые компоненты для «СКИФа» создаются российскими институтами и университетами, что позволило освоить производство множества сложных деталей и приборов внутри страны.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь

Ученые из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН) создали источники терагерцевого излучения, которые показали рекордную мощность в своем частотном диапазоне. Это открытие позволяет России занять лидирующие позиции в малоосвоенной, но перспективной области.

Терагерцевый диапазон (между инфракрасным излучением и микроволнами) долгое время оставался сложным для исследований. Главной проблемой было создание мощных, но при этом компактных источников такого излучения. Существующие установки, как правило, были либо слишком громоздкими, либо не могли обеспечить высокую мощность.

Российским специалистам удалось найти решение, используя два новых подхода. Оба метода основаны на использовании мощных пучков электронов, которые вырабатываются ускорителями ИЯФ СО РАН.

— Первый метод был разработан совместно с коллегами из ИПФ РАН. В нем генерация излучения происходит в вакуумных резонаторах. На установке ЭЛМИ с помощью этого способа удалось получить излучение с длиной волны 4 мм и мощностью около 50 МВт.

— Второй метод — принципиально новый и был предложен и реализован в ИЯФ СО РАН. В нем мощный пучок электронов взаимодействует с плазмой, что снимает ограничения по мощности. На установке ГОЛ-ПЭТ это уже позволило получить излучение с длиной волны около 1 мм и мощностью свыше 10 МВт, что является текущим рекордом для частоты 0.2 ТГц.

По

словам Андрея Аржанникова, способ генерации в вакуумных устройствах, реализованный в рамках совместных работ сотрудников ИЯФ СО РАН и ИПФ РАН, основан на создании двумерно-распределенной положительной обратной связи в электродинамической системе лазера на свободных электронах, использующего пучок с килоамперным током. «Такая положительная обратная связь обеспечивает высокую эффективность генерации ЛСЭ даже тогда, когда поперечный размер его рабочего канала в сто раз больше длины волны излучения, что может гарантировать высокий уровень генерируемой мощности. Этот подход реализован на установке ЭЛМИ, где электронный пучок, генерируемый на ускорителе У-3 в виде тонкой ленты, обеспечил одночастотную генерацию на длине волны 4 мм с мощностью около 50 МВт. Второй — принципиально новый способ, состоит в использовании пучка с током в десятки килоампер для накачки волн в протяженном плазменном шнуре, которые затем трансформируются в поток электромагнитного излучения указанного частотного интервала. В этих условиях снимаются ограничения на величину тока пучка, пропускаемого через генератор, и, как следствие, на величину генерируемой мощности. Этот принципиально новый метод генерации мощных потоков излучения реализован на установке ГОЛ-ПЭТ с использованием пучка, поступающего от ускорителя У-2. Здесь уже получен поток излучения с длиной волны около 1 мм (0.3 ТГц) с мощностью, также превышающей 10 МВт», — пояснил он.

Конечная цель изучения и развития этих двух способов генерации пучков — создание мощных, но компактных относительно ЛСЭ источников терагерцевого излучения, которые были бы способны генерировать субгигавантные мощности на высокой частоте — от 0.1 до 1 ТГц.

«В этой области частот наблюдается недостаточное количество источников излучения, а существующие работают с относительно малыми мощностями — милливатты, десятки милливатт и, в редких случаях, сотни милливатт, — добавил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Евгений Сандалов. — Фишка и новизна нашего подхода именно в методах пучково-плазменного и пучково-волнового взаимодействия, которые позволяют эту область частот освоить. Основная сложность кроется в физических и технических тонкостях создания таких установок и проведения экспериментов».

Созданные источники открывают дорогу для ранее недоступных экспериментов в материаловедении, медицине и биологии. Полученные результаты заложили основу для дальнейшего продвижения в еще более высокочастотные диапазоны, которые пока недоступны для других методов генерации.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь.

В Новосибирске специалисты Института ядерной физики завершили сборку и начали тестирование особого ондулятора — ключевого прибора для строящегося ускорительного комплекса СКИФ. Осенью его установят в тоннель накопительного кольца.

Ондулятор — это магнитная система, которая заставляет летящий с огромной скоростью пучок электронов колебаться, превращая его в источник мощного синхротронного излучения. Это излучение, подобное очень яркому рентгену, необходимо ученым для изучения структуры веществ на атомном уровне.

Новый ондулятор — нестандартная разработка. Если обычные устройства заставляют электроны колебаться только в горизонтальной плоскости, эта модель может создавать магнитное поле как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении.

«Попадая в ондулятор, электроны начинают лететь по синусоидальной траектории и на каждом таком изгибе излучать,  – прокомментировал заведующий сектором ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Константин Золотарев. – Особенность ондуляторов , в отличие от тех же вигглеров, в том, что отдельные фотоны, излученные с разных полюсов ондулятора, могут интерферировать между собой. Таким образом они усиливают друг друга, если совпадают по фазе, или гасят, в противном случае. Это позволяет получать существенное увеличение интенсивности СИ для  определенных длинах волн».  

Эта возможность пригодится на научной станции «Электронная структура», для которой и создан ондулятор. Здесь будут исследовать, например, катализаторы для химической промышленности и новые материалы для электроники.

«Стандартный ондулятор – планарный, его полюса, располагающиеся сверху и снизу вакуумной камеры, создают вертикальное магнитное поле, которое, в свою очередь, заставляет электроны отклоняться в горизонтальной плоскости от своей равновесной орбиты то вправо, то влево, – добавил научный сотрудник ИЯФ СО РАН Денис Гуров. – Но в данной конструкции ондулятора есть еще боковые полюса, которые позволяют создавать также знакопеременное магнитное поле в горизонтальной плоскости. Оно, соответственно, вызывает движение электронов в вертикальной плоскости. Чтоб получить две различные ориентации поля, можно использовать постоянные магниты на сверхпроводниках, но здесь мы использовали обычные теплые электромагнитные катушки из меди с водяным охлаждением внутри. Полюса (46 вертикальных и 92 горизонтальных) – это такие штыри прямоугольного сечения, установленные на железном магнитопроводе. Вокруг на них устанавливаются катушки, присоединенные к источнику стабилизированного тока. Собственно, от того, какой ток подается на эти катушки, такая получается величина магнитного поля. Максимальные значения вертикального магнитного поля составляет 5 килоГаусс, а горизонтального – 1 килоГаусс. А дальше вопрос комбинации: можно включить только вертикальное поле – это планарный режим, или когда горизонтальное и вертикальное поле равной величины – циркулярный режим, а можно одновременно и то, и другое в различных пропорциях. Есть еще режим работы ондулятора, способный подавить при помощи катушек коррекции третью гармонику ондуляторого излучения».

Прибор длиной почти пять метров станет самым крупным устройством такого типа на комплексе. Его необходимо установить до того, как замкнут основное кольцо ускорителя, поэтому работы идут по строгому графику. Сейчас устройство проверяют, измеряя его магнитные поля во всех режимах, чтобы убедиться, что оно не нарушит работу всего пучка электронов. После успешного завершения испытаний ондулятор отправят на монтаж, рассказали в ИЯФ.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь.

Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН завершили сборку и испытания 16 дипольных магнитов для накопительного кольца строящегося синхротронного центра СКИФ. Эти устройства, созданные с применением постоянных магнитов, показали рекордное магнитное поле в 2,15 Тесла — даже выше, чем планировалось изначально.

Эти магниты — ключевой элемент для генерации особо жёсткого рентгеновского излучения, которое позволит учёным изучать плотные материалы, такие как лопатки авиадвигателей. При этом они достаточно компактны, чтобы не нарушать работу всего кольца, которое должно обеспечивать сверхмалый эмиттанс — один из ключевых параметров, делающих СКИФ установкой уровня «4+".

Сборка таких магнитов — крайне сложная и опасная задача. В отличие от электромагнитов, постоянные магниты невозможно «выключить». Сила притяжения между их частями достигает двух тонн, а энергия каждого собранного магнита такова, что его неконтролируемое размыкание может привести к серьёзным последствиям. На сборку одного такого устройства у подготовленной команды уходит два дня, сообщили в ИЯФ.

«Физика устроена так, что для получения сверхмалого эмиттанса необходимо использовать поворотные магниты с очень слабым магнитным полем, которые испускают «мягкое» излучение. Между тем, жесткое рентгеновское излучение весьма востребовано у ученых, поскольку позволяет изучать плотные объекты, например, лопатки турбин авиадвигателей. Чтобы расширить экспериментальные возможности СКИФ, мы придумали поставить на кольцо 16 коротких — чтобы не «портили» эмиттанс, — но очень сильных поворотных магнитов для генерации жесткого СИ, — прокомментировал заведующий сектором ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Старостенко. — Сделать такие диполи весьма непросто, исследования показали, что для этого нужно применить постоянные магниты. Изначально по техзаданию планировалось получить поле 2.05 Тесла, но мы подобрали марку постоянных магнитов с повышенной стойкостью к размагничиванию, использовали специальный материал 49К2Ф (пермендюр), главная особенность которого заключается в максимальной индукции насыщения, и получили даже большее поле. На данный момент специалисты собрали все 16 BPC-магнитов, измерили их и получили 2.15 Тесла».«Обычно диполи проектируют с электромагнитной катушкой, но, чтобы добиться требуемого магнитного поля в нашем BPC и при этом сделать его компактным мы решили работать с постоянными магнитами, — добавила научный сотрудник ИЯФ СО РАН Татьяна Рыбицкая. — А это очень сложно. Электрический ток в катушке, который и создает магнитное поле, всегда можно выключить и спокойно заниматься сборкой, а в постоянном магните поле не выключишь — получается мы работаем с конструкцией, половинки которой притягиваются друг к другу с усилием около двух тонн. Это очень интересная инженерная задача».«Последний магнит, который буквально заталкивается внутрь диполя, обладает энергией 160 Джоулей, если он вылетит, мало не покажется, — добавил Александр Старостенко. — Для понимания, 10 Джоулей, выделившиеся в человеке, могут нанести серьезную травму. Поэтому сборка — это очень деликатная работа, которую выполняют люди подготовленные, а рабочее место оборудовано различными элементами защиты».

СКИФ — один из самых масштабных научных проектов России, который создаётся в Новосибирской области в рамках национального проекта «Наука и университеты». Эта установка позволит проводить прорывные исследования в самых разных областях — от структурной вирусологии и разработки новых лекарств до материаловедения и кристаллографии.

Подписывайтесь на Телеграм «Сделано у нас» тут, а на сообщество на Пикабу можно подписаться здесь.