Общие сведения

Уникальная научная установка (УНУ) "Ионный ускоритель ГЕЛИС"

Руководитель работ на УНУ: проф. Далькаров Олег Дмитриевич

Год создания УНУ: 1982

Установка ГЕЛИС предназначена для  проведения широкого спектра экспериментов, таких как,  изучение столкновений легких ядер с  энергией в десятки кэВ, изучение элементарных и коллективных процессов в ионно-пучковой  плазме, изучение взаимодействий ионного пучка  с различными материалами, модификация их  поверхности и получение методом ионно-лучевого распыления тонкопленочных покрытий. Установка является уникальной, все конструкционные узлы системы фокусировки пучка,  вакуумной системы (за исключением серийной электромеханической запорной арматуры и  вакуумных насосов), диагностической аппаратуры изготовлены в мастерских и ОКБ ФИАН. Ионный  источник (дуаплазмотрон) был разработан и изготовлен в Институте физики НАН Украины по  специальному заказу ФИАН в 1982 г., в 1994 г. был модернизирован силами ФИАН. Благодаря  оригинальной конструкции рабочих камер вакуумного тракта ионного пучка и наличию мощной  дифференциальной откачки,  на установке можно проводить исследования с пучками ионов  различных газов, как  с твердотельными, так и газовыми мишенями, осуществлять облучение  твердотельной мишени с плотностью тока пучка до 100 мА/см2, как в вакууме, так и в атмосфере  газа с давлением до 10 торр.

В последние 10 лет реакции синтеза при низких энергиях (< 5 кэВ)  исследуются систематически на 3-х установках. Первые две работают в Европе: ускорители коллаборации LUNA в Гран-Сассо (Италия и университета в Бохуме (Германия). Третья установка работает в университете Тохоку (Сендай, Япония).   Отличие установки ГЕЛИС от перечисленных выше установок заключается в том, что для работы с пучком основного источника используется  магнитная линза, которая позволяет, используя механизм газовой компенсации объемного заряда пучка, ввести через систему дифференциальной откачки в камеру, где расположена мишень,  пучок с током до 40 мA и  плотностью тока до 100 мA/cm2, а вакуумная система  дифференциальной откачки позволяет работать с газовыми мишенями при давлении рабочего  газа до 10 Торр.   При существующей системе экстракции пучка установка ГЕЛИС может давать ток ионов 4He около 1 мА с энергией Еlab = 5 кэВ (для ионов  3He, d и р ток будет больше). Если  использовать систему торможения ионов основного пучка перед мишенью, то можно будет  достичь токов порядка 10 мА в интересующем диапазоне энергий. Достижение таких параметров  тока пучка позволит намного сократить время измерения выходов исследуемых ядерных реакций  при низких энергиях.    Таким образом, используя уникальные возможности установки ГЕЛИС,  можно провести исследования по измерению сечений реакций синтеза легких ядер в диапазоне  энергий от 5 до 50 кэВ в лабораторной системе координат с использованием газовых мишеней и  от 0,25 до 50 кэВ с использованием твердотельных мишеней и при этом работать с токами пучка  намного более высокими, чем в упомянутых выше работах.    На установке ГЕЛИС были проведены  научные исследования совместно с различными отделами и отделениями ФИАН, физических  центров России и мира: ИОФАН, ИФХАН, НИИЯФ МГУ, НИИПФ, Институт проблем  материаловедения Академии наук Украины, Институт физики плазмы (Варшава, Польша), CERN, DESY. Эти исследования представляют большой интерес для управляемого термоядерного  синтеза, изучения структуры твердого тела и его поверхности, получения новых материалов и их  пленок.  Результаты этих исследований были использованы:  в создании эмиттеров из композиционных наноматериалов с включениями эмиссионно-активной фазы;   в получении  тонких эпитаксиальных пленок ВТСП;  в выборе материалов для  будущего реактора ITER;   в создании новых детекторов ионизирующего излучения, способных  работать при больших загрузках в жестких радиационных условиях.   Создание аналогичного образца УСУ  нецелесообразно, поскольку установка предназначена для поисковых научно-исследовательских  работ на стыке научных направлений и не предназначена для использования в технологических  циклах массового производства из-за сложности и достаточно высокой стоимости  конструкционных элементов (~100 миллионов рублей).