Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского




PDF просмотр
НазваниеН. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского
Дата конвертации19.03.2013
Размер38.1 Kb.
ТипДокументы

















УСПЕХИ НАУКИ
 
Н. А.  ВИНОКУРОВ
  
В День России, 12 июня 2010 г. 
в Георгиевском зале Большого Кремлевского 
дворца состоялось вручение Государственных 
премий Российской Федерации за 2009 г.
Государственная премия РФ служит 
высшим признанием заслуг деятелей науки 
и культуры перед обществом и государством, 
и присуждается за выдающиеся работы, 
открытия и достижения, результаты которых 
существенно обогатили отечественную 
и мировую науку и оказали значительное 
влияние на развитие научно-технического 
прогресса. Премия носит персональный 
характер и присуждается, как правило, 
одному соискателю однократно. 
В этом году присуждение Государственных 

Лазеры на свободных электронах – мощные 
премий в области науки и технологий 
источники когерентного излучения, возникающего 
вылилось в настоящий триумф сибирской 
при движении заряженных частиц в периодическом 
науки: две из трех премий получили 
магнитном поле и близкого к синхротронному 
новосибирцы, сотрудники Сибирского 
излучению. Главная область применения 
отделения РАН.
таких установок – исследования в сфере 
Высшей государственной наградой были 
материаловедения, химии, кристаллографии, 
отмечены д. ф.-м. н. Н. А. Винокуров (Институт 
физики твердого тела, молекулярной биологии
ядерной физики СО РАН) – за достижения 
в области разработки и создания лазеров 
на свободных электронах, и академик 
В. Н. Пармон (Институт катализа 
СО РАН) – за крупный вклад в развитие 

стройства для преобразования энергии элек-
теории и практики каталитических методов 
тронов, движущихся почти со скоростью 
глубокой переработки углеводородного сырья 
ВИНОКУРОВ Николай Александрович – доктор 
света, в энергию электромагнитного излуче-
и использования возобновляемых ресурсов. 
физико-математических наук, профессор, заведующий 
ния получили название лазеров на свободных 
Сегодня на страницах нашего журнала 
лабораторией Института ядерной физики 
мы предоставляем слово 
электронах (ЛСЭ). 
им. Г. И. Будкера СО РАН (Новосибирск).
самим лауреатам
Общепризнанным достоинством этого устройства, 
Специалист в области физики и техники лазеров 
9
выделяющего его среди других лазеров, является воз-
на свободных электронах (ЛСЭ). Под его руководством 
можность получения монохроматического излучения 
созданы не только все ЛСЭ в Новосибирском научном 
на любой длине волны в беспрецедентно широком 
центре, но и самый малогабаритный в мире ЛСЭ для 
Института атомной энергии в Корее.
диапазоне от 0,1 нм до 1 мм. При этом возможна отно-
Более десяти лет представляет Россию в оргкомитете 
сительно быстрая перестройка лазера с одной длины 
международных конференций по ЛСЭ.
волны на другую в интервале до десятков процентов.
Лауреат Международной премии по лазерам на свободных 
электронах (1991), Премии им. Комптона (1995) 
Ключевые слова: лазеры на свободных электронах, 
и Государственной премии РФ (2010).
ускорители заряженных частиц, синхротронное излучение
Награжден орденом Дружбы (2007).
Key words: free electron lasers, charged particle accelerators, 
Автор и соавтор около 200 научных публикаций, 
synchrotron radiation
в том числе 150 – в международных изданиях
















Ондулятор заставляет 
электроны двигаться 
по волнообразной 
Входящая 
Усиленная 
траектории
электромагнитная волна
электромагнитная волна
Принципиальная схема 
устройства лазера 
Входящий 
Отработанные 
на свободных  электронах 
Первая очередь установки с ЛСЭ, 
электронный пучок
электроны
(ЛСЭ)
запущенная в апреле 2003 г., 
в отличие от полномасштабного 
варианта имеет единственный 
канал транспортировки 
электронов
КАК ЛСЭ УСИЛИВАЕТ СВЕТ
Представим, что в ондулятор входят монохроматическая 
на слои толщиной λ/2 с чередующимся знаком откло-
электромагнитная волна длиной λ и пучок быстрых элек-
нения энергии от начальной величины. 
тронов, равномерно распределенных вдоль продольной 
Однако частицы с меньшей энергией летят медленнее, 
оси прибора и движущихся со скоростью v, почти равной 
а с большей – быстрее. В результате «быстрые» слои 
скорости света.
догоняют «медленные», что приводит к модуляции 
Каждый электрон движется в ондуляторе вдоль сла-
плотности электронов примерно с периодом λ.
боволнистой траектории. Для сильного (резонансного) 
Во второй половине ондулятора повторяется то же самое: 
взаимодействия электрона и электромагнитной волны 
замедление и ускорение чередующихся слоев, но толь-
необходимо обеспечить выполнение условия синхро-
ко теперь энергию теряют слои с большей плотностью 
низма: при прохождении одного периода траектории 
Óñèëèòåëü èçëó÷åíèÿ
частиц, а приобретают слои – с меньшей. При этом 
электрон должен отставать от волны ровно на ее длину 
средняя энергия электронов падает и в соответствии 
Процесс излучения электрическим зарядом электро-
ные колебания в ондуляторе. Работа любого лазера ос-
λ (в силу огромных скоростей величина λ очень мала).
с законом сохранения энергии мощность электромаг-
магнитной волны можно представить как отрыв части 
нована на явлении вынужденного излучения, обуслов-
Если энергия электронов и длина волны таковы, что 
нитной волны растет. Вот таким образом ЛСЭ усиливает 
его электрического поля. Это означает, что в пустом 
ленного соответствующей синхронизацией отдельных 
удовлетворяется условие синхронизма, то происходит 
электромагнитное излучение, используя энергию бы-
пространстве излучают лишь заряды, движущиеся с ус-
излучателей (электронов, атомов, молекул) внешней 
перераспределение энергии частиц. 
стрых электронов
корением, в то время как электрон движется по прямой 
усиливаемой волной. В ЛСЭ синхронизация происхо-
Сначала средняя энергия электронов не меняется, 
линии с постоянной скоростью. Чтобы он начал излу-
дит за счет продольной группировки электронов.
но происходит ее модуляция, и пучок разбивается 
чать, надо заставить его двигаться волнообразно. Обес-
К сожалению, электронный коэффициент полезного 
печить такое движение можно, например, с помощью 
действия ЛСЭ (доля энергии электронов, преобразуе-
статического электрического или магнитного полей. 
мая в энергию электромагнитного излучения) весьма 
Еще в 1947 г. советский физик В. Л. Гинзбург предло-
невысок – не более 1 %. Это связано как раз с нарушени-
жил использовать периодическое поле для усиления ин-
ем условия синхронизма для замедленных электронов 
v
v
v
тенсивности излучения быстрой заряженной частицы 
пучка.
и рассчитал параметры такого излучения. Позже было 
Циклическая подача излучения с выхода усилите-
создано устройство под названием ондулятор, создаю-
ля на его вход может приводить к самовозбуждению 
щее периодическое магнитное поле для организации 
усилителя, превращая его в генератор. В случае ЛСЭ 
z/
z/
z/
особого движения электронов по волнистой траектории 
усилитель преобразуется в генератор с помощью опти-
–1/2
0
–1/2
0
–1/2
0
вдоль продольной оси прибора. Возникающее при этом 
11
ческого резонатора – двух зеркал, расположенных слева 
усиление электромагнитного излучения составляет 
и справа от ондулятора на его продольной оси. Элек-
На входе в ондулятор 
В средней части 
Во второй половине 
В ондуляторе под действием 
суть работы ЛСЭ, а сам усилитель электромагнитного 
тромагнитная волна циркулирует между зеркалами, 
все частицы имеют 
ондулятора одни 
ондулятора из-за относи-
попутной электромагнитной волны 
излучения собственно и является лазером на свободных 
усиливаясь при каждом проходе через ондулятор (для 
одинаковую скорость и 
частицы теряют энергию, 
тельного сдвига частиц 
меняется скорость электронов, 
электронах. 
компенсации дифракционной расходимости излучения 
равномерное продольное 
другие – приобретают; 
образуются области их 
что отражается на их продольном 
Такое название можно объяснить тем, что в лазерах 
зеркала часто делают вогнутыми).
распределение 
их продольное 
уплотнения и разрежения 
распределении
распределение начинает 
(вблизи –1/4 и +1/4 соот-
других типов используется излучение электронов, 
Рост интенсивности излучения такого генератора, 
λ – длина волны;
меняться из-за различия 
ветственно)
связанных со своим атомом, или в полупроводниковых 
впрочем, имеет свои пределы, обусловленные, напри-
z – продольная координата
в скоростях
лазерах – с кристаллом. Однако и в ЛСЭ электроны 
мер, практически полной группировкой электронов 
      электрона;
не совсем свободны, так как они совершают вынужден-
во второй половине ондулятора.
v – скорость электрона
на стр. 14














УСПЕХИ НАУКИ
2 (
Ондулятор
) 2
2 (
Ондулятор ЛСЭ 3-й очереди
) 2
Ондулятор ЛСЭ 2-й очереди
Ондулятор ЛСЭ 2-й очереди
Ондулятор ЛСЭ 3-й очереди
2 (
) 2
2
2
1
2
5
2 (
Ондулятор
) 2
1
1
1
1
3
4
3
2
4
1
1
1 1
1
Ондулятор ЛСЭ 1-й очереди
1 – система ускоряющих 
3
2 (
Ондулятор ЛСЭ 1-й очереди
) 2
4
ВЧ-резонаторов, 2 – зеркало 
оптического резонатора, 
3 – источник электронов низкой энергии, 
4 – поглотитель замедленных 
Стандартные схемы установки с ЛСЭ на базе 
Схема (вверху) и общий вид (справа вверху) 
электронов, 5 – поворотный магнит
электронного накопителя (вверху) и ускорителя-
полномасштабной установки Сибирского центра 
рекуператора. Стрелками показана траектория 
фотохимических исследований. Замкнутыми линиями 
движения электронов. 1 – высокочастотный 
на схеме показаны электронно-оптические каналы 
резонатор, 2 – зеркала оптического резонатора, 
транспортировки электронов (стрелки указывают 
3 – источник электронов низкой энергии, 
направление) 
4 – поглотитель замедленных электронов
Cистема ускоряющих 
ВЧ-резонаторов
ПОГОНЩИКИ ЭЛЕКТРОНОВ
Для хорошей работы ЛСЭ требуется высокоэнергети-
взаимодействии с излучением в ондуляторе одни ча-
ческий электронный пучок с малыми поперечными 
стицы ускоряются, а другие – замедляются, каждый 
размерами и небольшим разбросом по скоростям. 
проход через ЛСЭ приводит к нарастанию энергетиче-
Такие пучки можно получить только на электронных 
ского разброса электронного пучка. Хотя средняя потеря 
ускорителях, являющихся самой сложной, габаритной 
энергии излучающими электронами восполняется высо-
и дорогостоящей частью установок с ЛСЭ. Размеры 
кочастотным (ВЧ) резонатором с продольным электри-
современного электронного ускорителя могут составлять 
ческим полем, растущий энергетический разброс частиц 
сотни метров, а его энергопотребление – десятки мега-
ограничивает среднюю мощность излучения ЛСЭ на базе 
ватт. Из-за низкого электронного КПД ЛСЭ желательно 
накопителя несколькими ваттами. 
возвращать энергию отработанных электронов в уско-
Для повышения мощности излучения ЛСЭ в 1978 г. 
Зеркало оптического 
Ондулятор ЛСЭ 
ряющую систему. В установках с ЛСЭ используются два 
А. Н. Скринский и Н. А. Винокуров предложили приме-
Ондулятор ЛСЭ 
резонатора 
2-й очереди
1-й очереди
типа ускорителей.
нить так называемый ускоритель-рекуператор (УР). 
для ЛСЭ 2-й очереди
К одному из них относятся широко используемые в фун-
При использовании такого ускорителя пучок электронов 
даментальных научных исследованиях электронные 
ускоряется в нескольких стоящих друг за другом ВЧ-
накопители, в которых электроны движутся вдоль зам-
резонаторах, отдает часть своей энергии в ондуляторе 
кнутой траектории (орбиты). При этом электрон может 
ЛСЭ, после чего замедляется в тех же ВЧ-резонаторах, 
13
оставаться в накопителе несколько часов (время жизни 
возвращая энергию, затраченную на его ускорение. 
ограничено рассеянием на молекулах остаточного газа, 
Применение УР позволяет получать большие средние 
который всегда есть в вакуумной камере накопителя). 
токи электронов и существенно снижает радиационную 
Такие ускорители применяются в экспериментах по фи-
опасность установки. 
зике элементарных частиц и для генерации рентгенов-
Современные лазеры на свободных электронах, исполь-
ского излучения. 
зующие УР, генерируют излучение со средней мощнос-
При использовании накопителя пучок электронов, отдав-
тью более 10 кВт. Теоретически обоснована возможность 
На полномасштабной установке, генерирующей излучение 
ший часть энергии в ондуляторе ЛСЭ, проходит через 
применения таких установок для получения излучения 
для Сибирского центра фотохимических исследований, планируется 
поворотные магниты ускорителя и снова возвращается 
со средней мощностью более 100 кВт
иметь три ЛСЭ на базе единого ускорителя-рекуператора. Режим работы 
в ЛСЭ для повторного использования. Поскольку при 
установки регулируется простым переключением поворотных магнитов

УСПЕХИ НАУКИ
Èíñòðóìåíò ïîçíàíèÿ
БУДУЩЕЕ НЕ ВСПОМНИТЬ
Для Института ядерной физики СО РАН создание 
его параметры в широких пределах. Несмотря на из-
Благодаря высокой яркости излучения из длинного 
4.6
4.0
3.4
2.8
2.2
1,8
ускорителей заряженных частиц является одной 
вестные трудности переходного десятилетия и благо-
ондулятора на электронном накопителе ВЭПП-3 удалось 
из основных и традиционных тематик, поэтому его 
даря энтузиазму участников проекта, ЛСЭ 1-й очереди 
провести цикл уникальных экспериментов по изучению 
устойчивый интерес к разработке ЛСЭ при наличии 
с длинами волн в диапазоне 120—240 мкм был запущен 
влияния квантовых флуктуаций на движение одного 
такой мощной базы вполне понятен.
в 2003 г. Отмечу, что его средняя мощность 500 Вт яв-
циркулирующего в накопителе электрона. Было пока-
Работы по созданию лазеров на свободных элект-
ляется мировым рекордом для источников излучения 
зано, что это движение таково, как если бы оно было 
ронах начали проводиться в институте с 1977 г., ког-
в терагерцовом диапазоне частот. 
вызвано действием случайной силы, и схоже с броу-
A
да А. Н. Скрин ский и Н. А. Винокуров предложили 
Год назад начал работать ЛСЭ 2-й очереди. На этом 
новским движением малой частицы в жидкости. Однако 
модификацию ЛСЭ (оптический клистрон), значи-
лазере получено когерентное излучение с длинами волн 
причины случайности этих процессов кардинально 
тельно повысившую усиление прибора по сравнению 
в диапазоне 40—80 мкм с наибольшей в мире средней 
различаются. 
с классической схемой. В процессе разработки новых 
мощностью – около 500 Вт. В этом году излучение ЛСЭ 
Траектория броуновского движения не является истинно 
ЛСЭ в ИЯФе впервые в мире заработал ондулятор 
2-й очереди стало доступно ученым для проведения 
случайной, поскольку при знании начальных скоростей 
на постоянных магнитах с регулировкой амплитуды 
экспериментов в различных  областях науки.
молекул жидкости в принципе можно рассчитать и дви-
магнитного поля при помощи изменения рабочего 
Генерируемое установкой лазерное излучение по ка-
жение самих молекул, и движение частицы под их уда-
зазора, а спустя несколько лет появились гибридные 
налу с сухим азотом доставляется к пользовательским 
рами. «Случайность» броуновского движения связана 
ондуляторы на постоянных магнитах. Как перемен-
станциям, на которых оно используется сотрудниками 
с нашим незнанием этих микроскопических параметров 
ный зазор, так и гибридная конструкция ондуляторов 
академических институтов и Новосибирского государ-
системы. В случае движения электрона все необходи-
сейчас стали общепринятыми и применяются на всех 
ственного университета для проведения исследований 
мые для расчета параметры известны, но при этом 
источниках синхротронного излучения.
по физике твердого тела, химии и биологии, в том числе 
движение электрона принципиально непредсказуемо. 
Реализованная в 1988 г. оригинальная конструкция 
на наноструктурном уровне. Сейчас работает шесть 
Проведенные эксперименты дают один из немногих 
ондулятора большой длины в оптическом клистроне 
таких экспериментальных станций. 
Небольшой участок измеренной траектории 
примеров истинно случайного процесса, который, в час-
на накопителе ВЭПП-3 оказалась настолько удачной, 
электрона схож с траекторией броуновского 
тности, доказывает принципиальную непредсказуемость 
что неоднократно использовалась позже в различных 
движения малой частицы в жидкости. Однако 
спользование мощного субмиллиметрового 
будущего, демонстрируя, что «Бог играет в кости»
отечественных и зарубежных установках, а нам поз-
природа этих явлений абсолютно разная
излучения с перестраиваемой длиной волны 
волила получить излучение рекордно короткой (для 
в качестве уникального исследовательского 
ЛСЭ) длины волны 0,24 мкм в ультрафиолетовом 
инструмента открывает перед учеными прин-
диапазоне и небывало узкого (10-6) спектра. Кстати, 
ципиально новые возможности и перспективы. Скажем, 
этот рекорд продержался более 10 лет.  
сотрудниками трех институтов СО РАН совместно 
Важнейшим этапом развития ЛСЭ в новосибирском 
разработан метод «мягкой абляции» для исследова-
Академгородке стала организация Сибирского центра 
ния биологических макромолекул (например, ДНК), 
Литература
фотохимических исследований на базе Института 
использующий малость энергии фотона субмиллимет-
Маршалл Т. Лазеры на свободных электронах / Пер. 
химической кинетики и горения СО РАН, который 
рового излучения. Энергия фотона настолько мала, что 
с англ. М.: Мир, 1987.
в начале девяностых годов возглавлял академик 
излучение не разрушает исследуемую молекулу и более 
Агафонов А. В., Лебедев А. Н. Лазеры на свободных элек-
15
Ю. Н.  Мо лин.
того – сохраняет ее биологическую активность.
тронах. М.: Знание, 1987.
В институте к тому времени давно работала лаборато-
На ближайшее будущее планируется дальнейшее 
Кулипанов Г. Н. Изобретение В. Л. Гинзбургом ондулято-
рия лазерной фотохимии под руководством А. К. Пет-
повышение мощности излучения действующих лазеров 
ров и их роль в современных источниках синхротронного 
рова, сотрудники которой активно поддержали идею 
и размещение на установке ЛСЭ 3-й очереди с длинами 
излучения и лазерах на свободных электронах // Успехи 
коллективного использования учеными различных 
волн в ближнем инфракрасном диапазоне 5—30 мкм.  
физических наук. 2007. 177, С. 384 
специальностей излучения мощной лазерной установки 
Планов в этой интересной и перспективной области 
Brau C. Free-Electron Lasers. Boston: Academic Press, Inc., 
на быстрых электронах, способной легко варьировать 
познания всегда много.
1990.


Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского iconТрадиции кремлевского дипломатического протокола (посольского обычая) XV xvii веков и их современное значение
Почетная стража как элемент кремлевского посольского церемониала

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского iconМониторинг средств массовой информации 10 17 июня 2010 г
Белом зале Дома епископа пройдет «круглый стол», посвященный ювенальной юстиции. Обсудить проблему введения этого института приглашены...

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского iconМониторинг событий первая декада июня внутренняя политика 12 июня страна отмечала День России, самым знаменательным событием которого стал «Марш миллионов». В москве мероприятие собрало от 10-20
День России, самым знаменательным событием которого стал «Марш миллионов». В москве мероприятие собрало от 10-20 тыс по данным полиции,...

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского iconЕлена Трегубова Байки кремлевского диггера елена трегубова байки кремлевского диггера
Насколько сильный наркотик – близость к власти, мне довелось испытать на собственной вене

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского iconА. Ю. Винокуров Актуальные вопросы
Винокуров Александр Юрьевич – доктор юридических наук, доцент, старший советник юстиции, автор более двухсот публикаций по вопросам...

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского icon"Проблемы законодательного обеспечения борьбы с лесными пожарами"
Добрый день! Знакомых лиц в зале много и это очень приятно. Нас немножко поменьше сегодня собралось, чем обычно собираемся по лесной...

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского iconТехнический регламент Таможенного союза ускорит 37-39
Ввп россии на $75 млрд., Белоруссии на $14 млрд., и Казахстана – на $13 млрд в ценах 2010 года, сообщил на пресс-конференции в риа...

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского iconЧтобы детство было счастливым право ребенка наталья лихаднева
В первый день летних каникул, 1 июня, ярославцы вместе со всей страной будут отмечать Международный день защиты детей. Зачем нужен...

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского iconМартина латинский язык в истории формирования русской интеллектуальной лексики с конца ХVI в. По XVIII в
Защита состоится «23» июня 2010 г в «10» ч в зале Ученого совета на заседании диссертационного совета д 212. 047. 01 Государственного...

Н. А. Винокуров в день России, 12 июня 2010 г в Георгиевском зале Большого Кремлевского iconКонкурс Триколор бессмертной державы великой России моей
России за рубежом, суды). Флаг используют и в спортивных мероприятиях, чтобы поддержать российских атлетов, придать им бодрости и...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница