Система электронного охлаждения, разработанная в Институте ядерной физики (ИЯФ) СО РАН, позволила увеличить интенсивность пучка российского коллайдера NICA в Подмосковье в шесть раз. Об этом сообщается в пресс-службе института. 
NICA (Nuclotron-based Ion Collider Facility) — это ускоритель частиц, один из проектов класса «мегасайенс» в России, который находится в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ). Эта установка, как надеются ученые, поможет понять, как в первые моменты после Большого взрыва во Вселенной возникли протоны и нейтроны.
«Сжать пучок позволяет система электронного охлаждения, разработанная специалистами ИЯФ СО РАН. Холодные электроны вводятся к ионам, забирая у них часть тепловой энергии, что приводит к сжатию пучка. В 2025 году физики ОИЯИ и ИЯФ СО РАН продемонстрировали многократную инжекцию в продольном фазовом пространстве с использованием электронного охлаждения. В результате интенсивность пучка была увеличена до шести раз», — сообщили в пресс-службе.
Для проведения физических экспериментов с тяжелыми ионами (например, для изучения структуры материи или моделирования процессов, происходящих в звездах) необходимо «разогнать» эти ионы до очень высоких скоростей в специальном устройстве — синхротроне. Однако для успешного эксперимента требуется достаточное количество ионов, движущихся в плотном пучке (это называется «большим током пучка»). В предложенном методе холодные электроны действуют как «тепловой» поглотитель энергии, что приводит к сжатию пучка. Метод, предложенный основателем ИЯФ СО РАН Гершем Будкером, стал одним из наиболее эффективных средств оптимизации параметров ионных пучков, циркулирующих в синхротроне.
«Неохлажденный пучок ионов занимает большую часть пространства камеры, и добавлять в него новые частицы неэффективно. Если же ионы охладить, они сожмутся в тонкий шнур, освобождая место для новой инжекции. Плотность энергии у таких пучков значительно выше, чем у неохлажденных. Ни одна научная организация в мире не обладает оборудованием такого уровня. Электронные системы охлаждения открыли настолько широкие перспективы, что на сегодняшний день ионные накопители без них практически не используются», — цитирует пресс-служба замдиректора ИЯФ СО РАН по научной работе академика РАН Евгения Левичева.
Система электронного охлаждения «Бустера» NICA предназначена для накопления пучка ионов при инжекции (на энергии ионов 3,2 МэВ/н), а также для его подготовки к выпуску в кольцо «Нуклотрон». Система была разработана и протестирована в ИЯФ СО РАН, а затем установлена в ОИЯИ. В 2025 году в результате совместной работы ОИЯИ и ИЯФ СО РАН была продемонстрирована многократная инжекция в продольном фазовом пространстве с использованием электронного охлаждения, что позволило увеличить интенсивность пучка до шести раз.
Метод электронного охлаждения
Идея метода электронного охлаждения была предложена первым директором ИЯФ СО АН академиком А. М. Будкером в 1966 году и впервые в мире реализована командой Института. В 1974 году на установке НАП-М (Накопитель антипротонов, модель) был получен первый эффект охлаждения — зафиксировано сжатие протонного пучка под влиянием электронного пучка. В коллектив, занимающийся разработкой этого метода, вошли академики РАН А. Н. Скринский, Н. С. Диканский, И. Н. Мешков, В. В. Пархомчук и другие. Результаты были представлены на Всесоюзной конференции по ускорителям заряженных частиц в 1974 году в Москве и вызвали большой интерес в научной среде. Сегодня схема СЭО, впервые предложенная в ИЯФ СО АН, применяется в более чем 20 аналогичных установках во многих лабораториях мира (Германия, Япония, Китай, ЦЕРН, США, Швеция, Россия), включая Большой адронный коллайдер в ЦЕРН.
Фото: hi-tech.mail.ru
