Исследователи БФУ им. И. Канта разработали компактный рентгеновский зум-объектив для современных источников синхротронного излучения

В журнале Journal of Synchrotron Radiation издательства Wiley-Blackwell (International Union of Crystallography, Нью-Джерси, США) вышла статья, написанная исследователями БФУ им. И. Канта в соавторстве с учеными из Европейской молекулярно-биологической лаборатории (EMBL, Hamburg c/o DESY, Гамбург, Германия) и Европейского центра синхротронного излучения (ESRF, Гренобль, Франция). Работа посвящена новому оптическому устройству, разработанному в БФУ им. И. Канта, – компактному рентгеновскому трансфокатору.

Компактный трансфокатор представляет собой оптическое устройство, предназначенное для прецизионного перемещения рентгеновских преломляющих линз, которые выставлены по оптическому пути прохождения синхротронного излучения, формируя составную преломляющую линзу, и может применяться в качестве объектива переменного фокусного расстояния — зум-объектива. Малые габаритные размеры и вес устройства обеспечивают произвольное расположение трансфокатора в пространстве, на моторизированных подвижках, что позволяет использовать его для широкого спектра экспериментов. Главной особенностью является,так называемый, однолинзовый подход — независимое перемещение отдельных линз одна за другой, что, в отличие от существующих моделей трансфокаторов, обеспечивает плавное и линейное перемещение позиции фокуса. Конструктивным решением устройства является система со специальными держателями преломляющих линз, которые перемещаются абсолютно независимо, без эффекта фрикционного сцепления и смещения держателей в результате движения соседей.

С момента своего активного развития, рентгеновская преломляющая оптика и оптические системы на ее основе стимулировали развитие перспективных методов исследования и инструментальной базы на современных синхротронных источниках. Внедрение трансфокаторов позволило упростить корректировку положения линз, оптимизировать размер и расхождение лучей, в том числе для белых пучков синхротронного света, а их простота и универсальность привели к широкому распространению данных устройств и позволили сформировать новую концепцию построения оптических схем на экспериментальных станциях синхротронов (ESRF, DESY и др.). Дальнейшая разработка и производство компактных трасфокаторов особенно актуальна в контексте создания в России центров с установками класса «Мегасайенс».

Дмитрий Зверев, исследователь БФУ им. И. Канта:

«На сегодняшний день ведется модернизация магнитных систем накопительных колец существующих источников до 4 поколения, на которых будут получены предельные размеры источников рентгеновского излучения. Новые предельные параметры таких источников, откроют уникальные возможности для разработки систем транспортировки и подготовки пучков на основе рентгеновской преломляющей оптики. Наш Центр обладает компетенциями не только по созданию преломляющей оптики и устройств на ее основе, но также имеет необходимый опыт в применении и разработке новых неразрушающих методов исследования, например, измерений in-situ или in-vivo, где критическое значение имеет быстрое отслеживание динамических, морфологических и структурных изменений. Наряду с этим, компактный трансфокатор также может быть использован для точных измерений размеров и эмиттанса синхротронных источников третьего и четвертого поколений».

Перед проверкой на синхротронной станции P14 EMBL (c/o DESY), трансфокатор тестировался и дорабатывался силами сотрудников МНИЦ «Когерентная оптика для установок Мегасайенс» совместно с сотрудниками Инжинирингового центра БФУ им. И. Канта. Испытания механических характеристик и повторяемость позиционирования были проведены на испытательном стенде Микрооптики в МНИЦ. Для теста использовались параболические двумерные линзы (рис. 1), изготовленных в БФУ им. И. Канта из поликристаллического алюминия методом прессования.

Рисунок 1 Алюминиевая линза в оправке, радиус закругления 50 мкм

Анатолий Снигирев, директор МНИЦ:

«Проведена, действительно, масштабная работа по созданию нового типа трансфокаторов: проектировка и изготовление устройства, создание управляющего блока, а также отладка и тестирование программ управления. Исследования на лабораторном источнике в МНИЦ «Когерентная оптика для установок мегасайенс» позволили оптимизировать как конструкцию, так и системы управления данным устройством. Механические характеристики устройства были успешно протестированы на лабораторном и синхротронном источнике, где компактный трансфокатор продемонстрировал высокую точность в позиционировании отдельных преломляющих линз. Следует отметить, что для высокоуровневого доступа к функциям управления устройством было создано специализированное программное обеспечение, с возможностью создания пользовательских команд. Это упростило интеграцию программного обеспечения в большинство современных систем управления синхротронным пучком, таких как SPEC или ACTL. Подготовленная статья, с описанием компактного трансфокатора, а также экспериментальных результатов его испытаний, получила положительные отзывы рецензентов и была принята в журнал 1-го квартиля практически без исправлений, что еще раз подтверждает актуальность и востребованность данного направления исследований в области физики синхротронного излучения».

Компактный трансфокатор для рентгеновской микроскопии