MARS (ускоритель)

У этого термина существуют и другие значения, см. Mars (значения).

Multiturn Accelerator-Recuperator Source (MARS) — проект источника синхротронного излучения на базе многооборотного ускорителя-рекуператора.

Проект дифракционно-ограниченного источника СИ был предложен в работе^[1]. Хорошее описание принципов работы источника дано в статье^[2].

Источник мягкого (терагерцового) излучения — Новосибирский терагерцовый лазер на свободных электронах — в настоящее время уже построен^[3].

Побудительные причины разработки

Создание источников синхротронного излучения третьего поколения, таких, как ESRF, APS, SPring-8 привело к снижению эмиттанса — фазового объёма электронного пучка — к практически достижимым пределам 30 нм·рад.

Реализация полностью пространственно когеррентного источника будет возможна, если фазовый объём оптического источника будет меньше дифракционного предела. Для рентгеновского излучения это означает <10⁻² нм рад. Анализ в работе, например ^[4] показывает, что в накопителе невозможно получить эмиттанс менее 10⁻¹, что вынуждает использовать другие источники излучения. Альтернативой могут быть линейные ускорители, либо ускорители с рекуперацией энергии.

В ускорителях-рекуператорах возможно объединение достоинств накопителей и линейных ускорителей. К достоинствам рекуператора можно отнести малые потери частиц высоких энергий в единицу времени, и, соответственно, низкий радиационный фон и отсутствие наведённой радиоактивности. С другой стороны, как уже упоминалось выше, использование хорошего инжектора с эмиттансом < 100 нм рад позволяет при ускорении до больших (5 ГэВ) энергий, за счёт адиабатического сжатия достичь искомого эмиттанса < 10⁻² нм рад. В рекуператорах время ускорения (порядка десяти микросекунд) гораздо меньше времени радиационного затухания в накопительных кольцах (порядка миллисекунд), и тем самым, радиационное затухание не сможет повлиять на эмиттанс.

Опишем кратко одну из предлагаемых в настоящее время к созданию конструкций. Пучок электронов из инжектора (5 МэВ) проходит дополнительное ускорение в двукаскадном инжекторе и четырежды проходит основную ускорительную систему, достигая энергии 6 ГэВ. Далее пучок проходит ту же ускорительную систему в тормозящей фазе и с энергией 5 МэВ выводится из ускорителя в поглотитель. На четырёх дорожках в рекуператоре одновременно движутся ускоряющиеся и замедляющиеся электроны. На четырёхдорожечном ускорителе-рекуператоре устанавливаются 4 сверхдлинных ондулятора длиной 150—200 метров (число полюсов порядка 10⁴) и несколько десятков длиной 5-20 м.

Примечания

1. ↑ Kulipanov G.N.; Skrinsky A.N.; Vinokurov N.A. (2001). «MARS - a project of the difraction limited fourth generation X-ray source based on supermicrotron». Nuclear Instruments and Methods in Physics research A467-468 P1.
2. ↑ Кулипанов Г.Н. (2007). «Изобретение В.Л.Гизбургом ондуляторов и их роль в современных источниках синхротронного излучения и лазерах на свободных электронах». Успехи физических наук 177 №4.
3. ↑ Bolotin V.P., Vinokurov N.A., Kayran D.A. et al. (2005). «Status of the Novosibirsk terahertz FEL». Nuclear Instruments and Methods in Physics research A543.
4. ↑ Kulipanov G.N., Mezentsev N.A., Skrinsky A.N. (1992). «Physics and technology of high brightness sources - The future». Review of Scientific Instruments 63.