В Институте ядерной физики СО РАН разрабатывались магнитные элементы перепускного канала пучков заряженных частиц от SIS18 до SIS100 (FAIR, Германия) [1]. В данной работе представляется описание квадрупольного магнита Q₂ и результаты серийных магнитных измерений. Магнитные измерения проводились с помощью вращающейся гармонической катушки и перемещающейся каретки с линейным массивом датчиков Холла. Квадрупольные линзы обеспечивают интегральный градиент магнитного поля с высоким качеством (< 5 · 10^-3), что удовлетворяет заявленным требованиям. В то же время из-за ошибок изготовления и сборки в магнитном поле присутствуют гармоники высшего порядка, которые могут оказывать влияние на динамику движения пучка. Особое внимание уделялось амплитуде третьей (секступольной) гармоники, которая определяет хроматические свойства линзы. Это позволяет проводить сортировку изготовленных линз по величине искажений и минимизировать влияние на динамику движения пучка, используя оптимальную расстановку магнитов.

Проведено сквозное моделирование динамики пучка в системе вытягивания, транспортировки пучка и первой секции ускорителя (RFQ). Предложенная методика моделирования динамики ионов от источника до выхода из RFQ позволила оперативно и эффективно менять параметры системы согласования в зависимости от конечных результатов прохождения пучка в RFQ. Разработана и оптимизирована система согласования пучка отрицательных ионов водорода, которая позволяет осуществить поворот пучка для блокировки распространения цезия в канал ускорителя и осуществить согласование пучка с RFQ. В результате оптимизации канала согласования удается получить рост эмиттанса в RFQ не более 25 % для 90 % доли пучка, при этом захват частиц пучка в режим ускорения составляет 98 % инжектируемого пучка. Увеличенные дрейфы в системе согласования оставляют достаточно пространства для размещения диагностической аппаратуры, вакуумной системы и системы корректировки пучка. Установлена зависимость динамики пучка в RFQ от распределения заряда по сечению пучка на выходе канала согласования.

Линейный ускоритель ЛИНАК-200 в Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований создается с целью обеспечить электронные тестовые пучков с энергией до 200 МэВ для исследований и разработок в области детекторов частиц, для изучения передовых методов диагностики электронных пучков и для работы в качестве облучательной установки для прикладных исследований. Хотя ЛИНАК-200 использует оборудование ускорителя MEA (NIKHEF), вакуумная система была значительно модернизирована. В этой работе представлена конструкция и состояние новой вакуумной системы.

Изохронный циклотрон У400М был создан на базе классического циклотрона У300 и находится в эксплуатации с 1996 г. У400М предназначен для ускорения пучков тяжелых ионов с отношением массы к заряду A/Z 2.286 – 9 до энергии 80–6 МэВ/нуклон. Магнитная система циклотрона создана на базе электромагнита Ш-типа с диаметром полюса 4 м. Изохронное поле создается 4 парами спиральных секторов. В 2022 г. проведена реконструкция У400М, включающая в себя замену основной обмотки магнита, проведение магнитных измерений и коррекции поля. В ходе измерений была проведена компенсация первой гармоники, а также коррекция среднего магнитного поля в области вывода пучка из циклотрона. При реконструкции применена автоматическая измерительная система, использующая 14 датчиков Холла.

Повышение требований к современным ускорительным комплексам требует точных данных об инжектируемых в ускоритель ионных пучках. В данной работе представлена система диагностики ионных пучков, реализующая метод четырех щелей и позволяющая измерять распределение плотности тока пучка в четырехмерном фазовом пространстве (ФП) с высокой точностью. Описываются технические решения и особенности конструкции, направленные на получение проектных параметров системы: диапазон исследуемых токов пучка от 1 пА до 20 мА с энергией до 50 кэВ, пространственное разрешение от 6 мм до 50 мкм.

Одной из основных проблем для диагностики пучка в проектируемом линейном ускорителе протонов для компактного источника нейтронов DARIA является значительная импульсная и средняя мощность пучка в совокупности с относительно низкой энергией, что существенно ограничивает выбор возможных диагностических приборов и методов. Для базовых измерений тока пучка и проведения настроечных процедур в низкоэнергетической части ускорителя был разработан широкоапертурный водоохлаждаемый цилиндр Фарадея. В данной работе представлены конструктивные особенности, оценки тепловых нагрузок в типичных рабочих режимах и экспериментальные результаты испытаний цилиндра на высокоинтенсивном пучке протонов, а также описаны особенности проектирования подобных устройств с учетом влияния пространственного заряда пучка на результаты измерений.

ПЗС-камеры просты в использовании и довольно широко распространены в оптической диагностике пучков в ускорителях элементарных частиц. Время экспозиции этих камер составляет миллисекунды, поэтому они обычно используются в накопительном режиме для наблюдения за циркулирующими пучками. Изображение с камер содержат информацию о поперечном распределении частиц в пучке и положении центра масс пучка. В данной работе на примере ПЗС-камер, установленных на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000, исследована возможность их использования в режиме однократного пролета пучка через место наблюдения. Проведена оценка интенсивности светового потока оптической части спектра синхротронного излучения пучка, экспериментально получено изображение и измерены поперечные размеры пучка в однопролетном режиме.

Метод бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) считается одним из перспективных методов внешней лучевой терапии при лечении радиорезистентных опухолей, таких как глиобластома, меланома и других, избирательно разрушающий раковые клетки за счет предварительного накопления в них атомных ядер стабильного нерадиоактивного изотопа бор-10 и последующего облучения эпитепловыми нейтронами. В результате поглощения нейтрона бором происходит ядерная реакция с выделением большого количества энергии (заряженных частиц с высокими коэффициентами линейной передачи энергии) внутри раковых клеток, что приводит к их гибели. Этот метод отличается меньшим количеством сеансов лечения по сравнению с традиционной лучевой терапией (фотонами и электронами). В данном исследовании измерена мощность борной дозы и дозы гамма-излучения в воздухе и в водном фантоме с помощью разработанного малогабаритного детектора нейтронов с парой литьевых полистирольных сцинтилляторов, один из которых обогащен бором. Для формирования пучка нейтронов использовали две системы формирования пучка: одна с замедлителем из кристаллов фторида магния, другая с замедлителем из оргстекла. В статье представлены экспериментальные результаты, обсуждены особенности системы формирования пучка нейтронов и сформулированы рекомендации для проведения клинических испытаний методики БНЗТ.

В статье сообщается о достижении энергосодержания 10 Дж в микросекундном импульсе направленного потока электромагнитного излучения в диапазоне частот ~0,2–0,3 ТГц. Генерация осуществляется принципиально новым методом, который реализуется за счет накачки верхнегибридных плазменных колебаний в замагниченном плазменном столбе при помощи релятивистского электронного пучка (РЭП) и последующего преобразования этих колебаний в поток электромагнитного излучения. В частности, в описываемых экспериментах, проводимых на установке ГОЛ-ПЭТ, данный метод реализован следующим образом: пучок электронов с энергией Е ~0,5 МэВ и плотностью тока (1–2) кА/см2 проходит через столб замагниченной (4 Тл) плазмы плотностью 1014–1015 см–3. В ходе сравнения спектрального состава излучения, измеренного экспериментально, с расчетным спектром доказано, что этот процесс реализуется за счет резонансной накачки таким пучком ветви верхнегибридных плазменных колебаний. Таким образом, одновременное увеличение плотности плазмы и плотности тока пучка открывает перспективу развития генерации мультимегаваттных потоков излучения в районе одного терагерца.

Изучена ближнепольная фотолюминесценция (нано-ФЛ), усиленная металлизированным острием зонда атомно-силового микроскопа, монослойных треугольных WS₂ и MoS₂ островков, выращенных с помощью газофазного химического осаждения. Для достижения максимального ближнепольного отклика от материалов WS₂ и MoS₂ использованы изготовленные металлизированные (Au, Ag) зонды. Установлено, что максимальный сигнал нано-ФЛ от островков наблюдается в резонансных условиях при совпадении энергии локализованного поверхностного плазмона металлизированного зонда и энергии экситонной люминесценции материала. Выполнено картирование сигнала экситонной нано-ФЛ островков WS₂ и MoS₂, что позволило визуализовать структурные дефекты и определить локальное изменение толщины монослойных островков с нанометровым пространственным разрешением.