Стоимость строительства новых ускорителей заряженных частиц становится настолько большой, что инвестировать в него достаточные средства неспособна даже самая крупная экономика. Происходит, в некотором смысле, скрытая гонка за изобретениями, которые могут кардинально изменить существующие реалии. Нужны новые решения, новые методы ускорения и более продуктивные технологии в этой сфере.
История коллективного метода ускорения ионов началась еще в 1956 году, когда отечественными физиками В.И. Векслером, Г.И. Будкером и Я.Б. Файнбергом впервые была предложена концепция данного метода.
«Искусственное получение пучков протонов и электронов огромной энергии дало возможность исследовать и открыть ряд явлений, имеющих принципиальное значение для физики атомного ядра и естествознания в целом. Возникла новая, пожалуй, наиболее перспективная область современной ядерной физики — физика частиц высоких энергий. Темпы развития этой новой области необычайны.» - писал В.И. Векслер в 1958 году.
Суть коллективных методов ускорения состоит в том, что ионы ускоряются не внешним электрическим полем (в отличие от других типов ускорителей), а собственным электрическим полем, возникающем в результате разделения зарядов. Разделение зарядов в плазме на микроскопическом уровне приводит к появлению гигантских электрических полей. Однако здесь известные коллективные методы столкнулись с проблемой срыва ускорения ионов, что существенно осложнило их дальнейшее развитие.
Ученым во главе с академиком РАН Г.А. Месяцем удалось разработать технологию управляемого коллективного ускорения ионов, которая позволяет избежать разрыва электронной и ионной компонент сгустков и избежать срыва ускорения ионов, а также развития многочисленных неусточивостей.
Рассказывает один из авторов метода, д.ф.-м.н., старший научный сотрудник ФИАН Сергей Александрович Баренгольц: «Метод основан на использовании сильноточных пикосекундных электронных пучков, получаемых в результате взрывной электронной эмиссии, то есть испускании электронов в результате локальных взрывов микроскопических областей эмиттера и магнитной системы типа «касп». В предложенном методе набор энергии ионов осуществляется за счет большого собственного электрического поля электронного сгустка. Движение электронного сгустка управляется системой витков с программируемыми импульсными токами таким образом, чтобы обеспечить в среднем синхронное продвижение сгустков вдоль системы витков с набором энергии ионов на каждом отдельном шаге».
коллективного ускорения ионов (предоставлено автором)
Пучки ионов больших энергий могут найти практическое применение для решения проблем энергетики: инерционного термоядерного синтеза и разработки электро-ядерного получения энергии, а также быть использованы для трансмутации ядерных отходов. Однако в целом, будущие результаты сложно ограничить рамками узкого применения. Когда речь идет о получении больших энергий, данный метод является своего рода генератором большого количества других новых технологий и научных открытий. В частности, на его основе возможно создание компактных установок для получения мощных ионных пучков короткой длительности для изучения новых эффектов в биологии и медицине и материаловедении.
Авторский коллектив Н.С. Азарян, С. А. Баренгольц, Г. А. Месяц, Э. А. Перельштейн и В. П. Тараканов подал заявку на патент № 2012120505.
Е.Барчугова, АНИ "ФИАН-информ"
