Компьютерра PDA N58 (18.09.2010-24.09.2010)
Шрифт:
После была большая модернизация накопителя ВЭПП-3, и тогда, уже на модернизированном накопителе, был построен новый ЛСЭ, на котором было получено ультрафиолетовое излучение с рекордно короткой (на тот момент) длиной волны. На этой установке мы поставили несколько экспериментов по работе разных модификаций ЛСЭ, а потом эта программа была исчерпана, так как мы сделали почти все, что хотели.
– Какое еще может быть применение у ондулятора?
– Мы поставили интересный эксперимент по наблюдению движения одного электрона в накопителе. Оказалось, что излучение из нашего
Тогда мы запустили в накопитель всего один электрон, измерили его координаты в разные моменты времени и построили график зависимости координаты (продольной) электрона от времени. Оказалось, что электрон движется так, как если бы на него действовала некая случайная сила, то есть его движение напоминало броуновское движение частицы в жидкости. Это неудивительно, так и предсказывалось квазиклассической теорией квантовых флуктуацийсинхротронного излучения.
Эксперименты с единичным микрообъектом (ионом в специальной ловушке) проводились и раньше. Но в нашем случае на электрон не действовали никакие случайные силы, так как электрон двигался в регулярных полях. Поэтому в нашем случае движение электрона было истинно случайным.
В каком смысле случайным? Когда в начале прошлого века изучали поведение частицы в жидкости, видели, что эта частица движется хаотически. Тогда ученые объяснили, что она так дрожит, потому что отдельные молекулы жидкости ударяют ее, причем молекул много, и движение частицы непредсказуемо, так как мы не видим положения этих молекул. Но если бы мы увидели их, то могли бы предсказать их движение и броуновское движение частицы, помещенной в жидкость. То есть такое движение не является истинно случайным.
В отличие от этого движение электрона в накопителе является истинно случайным, потому что там нет никаких микрочастиц, которые его ударяют, и все начальные условия и поля известны. Когда речь идет о квантовой механике, часто приводят высказывание Эйнштейна "Бог не играет в кости", так вот наш эксперимент - это прямая демонстрация того, что "Бог играет в кости", в том смысле что это истинно случайный процесс: движение электрона мы принципиально не можем предсказать. Причем, оно классическое.
Это никак не связано с квантовыми измерениями, это просто случайная кривая. Так что при помощи хорошего длинного ондулятора, который мы сделали, мы смогли поставить эти эксперименты на накопителе.
– Почему для него нужен специальный ускоритель, и каким он должен быть?
– Еще до того, как мы начали делать эксперименты на накопителе ВЭПП-3, были проведены оценки, которые показали, что в электронном накопителе нельзя получить большую мощность излучения.
Это связано с тем, электроны циркулируют по замкнутой орбите. В результате они взаимодействуют со световым пучком в ЛСЭ много раз и поэтому за большое время параметры электронного пучка портятся. То есть пучок раздувается за счет того, что у него растет энергетический разброс. Этот эффект приводит к тому, что на электронном накопителе можно получить мощность не более 100 ватт, а для практических применений нужны киловатты. Следовательно, необходим другой ускоритель.
Кроме
Естественно, надо пытаться вернуть эту мощность назад в ускоритель. В технике этот прием известен как рекуперация энергии - возврат энергии, которая была куда-то вложена, обратно в ту систему, которая ее вложила. Было предложено использовать для этого ускорители-рекуператоры.
В таких ускорителях электронный пучок ускорятся в высокочастотных резонаторах, затем отдает часть энергии в ЛСЭ, а потом снова посылается в те же высокочастотные резонаторы, но там уже замедляется. При этом он возвращает в резонаторы ту энергию, которая не была использована.
Кроме того, что это экономит энергию, это еще и очень сильно снижает радиационную опасность установки. Почему? Потому что если электроны на высокой энергии сбрасывать на какой-то поглотитель (мишень), из этой мишени будет выходить гамма-излучение.
А если энергия электронов составляет сотню МэВ, и мощность электронного пучка велика, то и мощность гамма-излучения и энергия этих фотонов, или гамма-квантов, будут очень высокими.
В результате могут появляться относительно долгоживущие изотопы, это неприятно, это и есть радиационная опасность. Если же мы замедляем электронный пучок и сбрасываем его в поглотитель с относительно низкой энергией (энергия должна быть меньше 10 МэВ), тогда никаких долгоживущих изотопов не образуется, установка становится радиационно-безопасной после того, как ее выключили. Поэтому для ускорителей электронов с энергией выше и ниже 10 МэВ санитарные нормы и правила разные.
– Как началось создание мощного ЛСЭ Сибирского центра фотохимических исследований?
– Итак, использование ускорителей-рекуператоров для мощных ЛСЭ было очень желательно. В 80х гг мы стали проектировать такой ускоритель, для него понадобились новые технические решения: высокочастотные резонаторы, специальные магниты. И в начале 90х гг мы подготовили проект такого ускорителя. Следующим шагом стал поиск помещения.
Мы связались с руководством Института химической кинетики и горения СО РАН, а там уже много лет работала лаборатория лазерной фотохимии, руководителем которой был профессор Александр Константинович Петров.
Они изучали изменения химических процессов под действием лазерного излучения. Лазерный свет может действовать как катализатор, реакции происходят совсем по-другому. Кроме того, можно заниматься разделением изотопов, то есть выделять нужные изотопы из смеси. Этим и занималась лаборатория лазерной фотохимии Института химической кинетики и горения.
Поэтому к нам пришли академик Юрий Николаевич Молин, который был тогда директором института, и А. К. Петров. Со стороны ИЯФ в этих обсуждениях участвовали наш директор академик Александр Николаевич Скринский, заведующий нашей лабораторией Геннадий Николаевич Кулипанов, Александр Данилович Орешков и я.