МОЩНЫЙ ЛАЗЕР НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ ПЕРВАЯ ОЧЕРЕДЬ
С.Мигинский, старший научный сотрудник, кандидат
физико-математических наук.
История сибирского Центра фотохимических исследований (ИЦФХИ)
начинается с 1992 года -- именно тогда было принято решение
Президиума СО РАН о его создании. Цель этого межинститутского
проекта состоит в кардинальном расширении перспектив новой
отрасли науки -- лазерной фотохимии -- с помощью уникального
источника света -- мощного лазера на свободных электронах (ЛСЭ).
Ранее в лазерной фотохимии использовались классические лазеры
колебательного инфракрасного диапазона (3--30 мкм), которые
покрывали лишь отдельные небольшие его участки. Соответственно,
экспериментатор был резко ограничен в выборе возможных химических
реакций для исследования. Развитие наиболее перспективной области
технологических применений лазерной фотохимии -- разделения
изотопов химических элементов -- сильно тормозилось именно этим
фактором. Главная особенность ЛСЭ состоит в том, что он может
генерировать когерентное излучение в любом наперед заданном
диапазоне электромагнитных волн. Построенные в настоящее время
ЛСЭ перекрывают диапазон от миллиметровых волн до жесткого
ультрафиолета. Имеются проекты ЛСЭ в мягкой рентгеновской
области. Кроме того, активная среда ЛСЭ -- электронный пучок --
не разрушается мощным импульсом лазера, поэтому мощность
излучения ограничена лишь стойкостью элементов оптического
тракта. Достижимые в настоящее время параметры электронного пучка
позволяют построить ЛСЭ со средней мощностью до единиц мегаватт.
Это весьма важно именно для технологических применений, так как
цена кванта существенно снижается с увеличением средней мощности
машины.
ЛСЭ ЦФХИ предназначен для фундаментальных и прикладных
фотохимических исследований и технологических применений. Его
основные параметры: диапазон длин волн 2...20 мкм, средняя
мощность до 10 кВт; излучаются импульсы длительностью ~10 пс с
частотой до 22 МГц. Широкий диапазон перестройки ЛСЭ позволяет
проводить почти все мыслимые фотохимические реакции, а большая
средняя мощность при относительно высокой энергии импульса
обеспечивает скорость процесса, достаточную для технологических
применений.
ЦФХИ -- плод совместной работы, в основном, двух институтов --
Института химической кинетики и горения и Института ядерной
физики. Вклад первого -- прекрасное здание, ранее построенное для
другого, нереализованного проекта. После ввода ЛСЭ в строй
основная задача ИХКиГ видится в полноценном использовании этой
уникальной машины в новейших научных разработках. Силами ИЯФ в
настоящее время закончена реконструкция здания, смонтирован и
запущен 2 МэВ электронный инжектор ускорителя-рекуператора ЛСЭ,
ведется монтаж первой очереди собственно ускорителя-рекуператора.
Как обычно, больной вопрос -- финансирование этой большой
стройки. В последние годы поток средств в рамках общероссийской
программы многократно сократился, внутренние же ресурсы ИЯФ
весьма ограниченны. Тем не менее, удается изыскивать какие-то
средства для продолжения проекта. Таким образом, прибыль,
полученная ИЯФ от выполнения контрактов, не проедается, а
инвестируется в дальнейшие перспективные исследования. Очень
полезным оказался грант Сибирского отделения, выделенный в 1997
году на трехлетний срок.
В настоящее время ведется монтаж первой очереди ЛСЭ. Она включает
в себя полномасштабную ВЧ-систему -- наиболее дорогостоящую и
трудоемкую часть ускорителя -- и усеченную магнито-вакуумную
систему, рассчитанную на меньшую энергию. Соответственно,
диапазон излучения ЛСЭ первой очереди будет лежать в дальнем
инфракрасном диапазоне -- 100...200 мкм, при этом все прочие его
параметры будут сопоставимы с полномасштабным ЛСЭ. Такое решение
позволяет получить работающую машину и начать эксперименты с
ускорителем, ЛСЭ и излучением заметно раньше. Для излучения этого
диапазона также существует целый ряд интересных и перспективных
применений.
стр.
|