近日，來(lái)自SKIF共享使用中心和核物理研究所的年輕科學(xué)家們?nèi)〉昧艘豁?xiàng)重要技術(shù)突破。他們開(kāi)發(fā)了三種新方法并創(chuàng)建了相應(yīng)程序，用于測(cè)量和糾正SKIF集體使用中心加速器綜合體中磁系統(tǒng)的誤差。這一成果將助力科學(xué)家獲得存儲(chǔ)環(huán)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)所需的發(fā)射度(束相體積)和輻射亮度。

SKIF加速器綜合體由直線加速器、助推同步加速器和主存儲(chǔ)器環(huán)組成。電子在直線加速器中誕生并形成電子束，接收初始加速度和200 MeV的能量;隨后在助推同步加速器中被加速到3 GeV的工作能量;最終在主存儲(chǔ)器環(huán)中穿過(guò)彎曲磁體或特殊生成裝置(如擺動(dòng)器和波蕩器)的磁場(chǎng)，產(chǎn)生同步加速器輻射(SI)。SKIF存儲(chǔ)環(huán)包含1000多個(gè)聚焦磁體和旋轉(zhuǎn)磁體，為確保光束穩(wěn)定并符合聲明的參數(shù)，這些元件都必須高精度工作。

然而，磁體制造中的不精確或其大地測(cè)量對(duì)準(zhǔn)中的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)設(shè)備的光學(xué)功能不匹配。為此，SKIF科學(xué)工作副主任、博士帕維爾·皮米諾夫解釋道：“盡管磁體的生產(chǎn)具有很高的工程精度，且對(duì)每個(gè)磁體都進(jìn)行了精確的磁測(cè)量，并使用特殊系統(tǒng)來(lái)定位所有元件，但這些努力還不足以獲得SKIF TsKP存儲(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)參數(shù)。觀察電子束的周期性運(yùn)動(dòng)將能夠識(shí)別和糾正裝置運(yùn)行期間可能的干擾源。在這種情況下，光束本身就是一個(gè)超精密測(cè)量?jī)x器，因?yàn)闇y(cè)量其位置的系統(tǒng)將能夠以大約100納米的精度確定光束軌道。”

SKIF 和 BINP SB RAS 共享使用中心的員工 Ivan Morozov、Daria Dorokhova、Rasim Mamutov

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，SKIF使用中心和SB RAS核物理研究所的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了三種創(chuàng)新方法。第一種方法由初級(jí)研究員Rasim Mamutov開(kāi)發(fā)，他創(chuàng)建了一個(gè)用于自動(dòng)調(diào)節(jié)SKIF助推器和存儲(chǔ)環(huán)的軟件包。該程序通過(guò)分析電子束閉合軌道位置的數(shù)據(jù)，可以重建存儲(chǔ)設(shè)備的磁性結(jié)構(gòu)并確定干擾源。基于SKIF存儲(chǔ)環(huán)的設(shè)計(jì)模型，該程序?qū)Π惭b的初始啟動(dòng)和設(shè)計(jì)參數(shù)的獲取進(jìn)行了模擬，并在梁工作開(kāi)始時(shí)適應(yīng)實(shí)際安裝的基礎(chǔ)設(shè)施。

第二種方法由研究員Ivan Morozov開(kāi)發(fā)，該程序根據(jù)環(huán)形源每次旋轉(zhuǎn)時(shí)光束的位置來(lái)分析加速器的光學(xué)功能。在注入新電子束或?qū)﹄娮邮M(jìn)行單次撞擊期間，其相對(duì)于閉合軌道發(fā)生振蕩;這些振蕩的參數(shù)使得可以恢復(fù)加速器的光學(xué)功能并分析磁系統(tǒng)的操作。Morozov表示：“我的程序允許您根據(jù)旋轉(zhuǎn)光束位置快速測(cè)量光學(xué)功能。該程序可以在后臺(tái)運(yùn)行，并從位于存儲(chǔ)環(huán)整個(gè)周邊的光束位置傳感器實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)。在工作的初始階段，操作員將分析測(cè)量數(shù)據(jù)，并在必要時(shí)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置。”

第三種方法由初級(jí)研究員Daria Dorokhova開(kāi)發(fā)，該程序旨在通過(guò)執(zhí)行受迫振蕩的光束位置的旋轉(zhuǎn)測(cè)量來(lái)確定光學(xué)函數(shù)。這種振蕩是由一對(duì)板以電子束固有頻率產(chǎn)生的周期性電磁場(chǎng)激發(fā)的。受迫振蕩允許分析更大的時(shí)間范圍，并根據(jù)接收到的信息使用特殊算法計(jì)算加速器的光學(xué)參數(shù)，然后將其與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行比較。如果檢測(cè)到干擾(與設(shè)計(jì)參數(shù)不一致)，操作員將了解環(huán)的哪個(gè)部分需要校正磁系統(tǒng)。

所有三個(gè)程序都使用了不同的方法來(lái)解決磁系統(tǒng)校正問(wèn)題，以確保高質(zhì)量的用戶體驗(yàn)。這些算法將相互補(bǔ)充，并作為診斷磁系統(tǒng)的獨(dú)立方法。未來(lái)，科學(xué)家們計(jì)劃將這些算法組合到一個(gè)軟件包中，對(duì)SKIF加速器復(fù)合體的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行全局校正。這些程序已在核物理研究所的VEPP-4加速器綜合設(shè)施上成功進(jìn)行了測(cè)試，并將在新安裝的加速器綜合體上啟動(dòng)后進(jìn)行監(jiān)控。