Физики Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН собрали первую версию СВЧ-фотопушки. Это устройство, в котором рождается электронный пучок для ускорителя. От параметров пучка зависит, что с ним потом можно делать: сталкивать частицы в коллайдере, получать синхротронное излучение для исследования материалов и лекарств или наблюдать за строением вещества.
На синхротроне СКИФ электроны сейчас получают термопушкой: катод нагревают, и электрическое поле вытягивает с его поверхности электроны. Длина такого пучка около сантиметра. С фотопушкой её можно сократить до долей миллиметра. Как объясняет младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН и ЦКП «СКИФ» Кристина Сибирякова, для пико- и фемтосекундных пучков с большим пиковым током термопушка уже неэффективна.
Фотопушка работает на фотоэффекте: лазер освещает катод и выбивает из него электроны. Длительность пучка задаёт лазер: чем короче световой импульс, тем короче пучок. Заряд, размер пучка и разлёт частиц зависят от лазерного пятна, его яркости и состояния поверхности катода. Поэтому лазеру нужны несколько режимов: для чистки катода от оксидных плёнок, для получения пучка и для уменьшения углового разброса частиц. Систему управления с такими режимами создали вместе с Институтом автоматики и электрометрии СО РАН.
Сейчас собрана первая версия фотопушки с системой синхронизации лазерного и СВЧ-излучения. Прошли «холодные» измерения (без подачи СВЧ-мощности): получены нужные распределения полей и частоты. Электронный пучок пока не получен. Дальше нужно собрать стенд для проверки вакуумной прочности, подать в пушку СВЧ-мощность и изучить темновые токи (паразитные токи без лазерного импульса).
Заместитель директора ИЯФ СО РАН по научной работе академик РАН Евгений Левичев напоминает, где нужны такие источники. Это инжекторы лазеров на свободных электронах и источников синхротронного излучения, электронные микроскопы и сверхбыстрая электронная дифракция. Последний метод позволяет в реальном времени следить за структурой вещества на атомном и молекулярном уровне.
В перспективе на основе СВЧ-фотопушек институт планирует создать лабораторный стенд для таких исследований, полезный для биомедицины и фармацевтики. По словам разработчиков, подобные установки помещаются в стандартную комнату. Для сравнения, ускорительные комплексы СКИФ и Новосибирский лазер на свободных электронах занимают сотни квадратных метров.
