9. Электронный ускоритель

В довоенные годы в лаборатории Курчатова в ЛФТИ разрабатывался еще один циклический ускоритель, в отличие от циклотрона предназначенный для ускорения электронов. Эта установка, получившая название квадратрон [156, с. 13], была предложена Я. Л. Хургиным, который изложил ее идею в 1938 г. на ядерном семинаре. В этом ускорителе предусматривалось движение электронов по траекториям, основная часть которых имеет вид квадрата. По углам квадрата располагались питаемые постоянным током ахроматические магнитные зеркала, поворачивающие пучок на 90°. Один раз за оборот электроны должны проходить через ускоряющее устройство - ВЧ-резонатор. При достаточно высокой энергии инжекции электронов их скорость практически не будет изменяться при росте их энергии, так что период обращения по замкнутому пути приблизительно неизменной длины будет постоянной величиной, что и позволяет применить для ускорения ВЧ-поле постоянной частоты.

В 1939 г. изготовлением и испытанием элементов квадратрона, кроме Хургина, разрабатывавшего вопросы теории ускорителя, занимались сотрудники лаборатории Курчатова Г. Щепкин, В. Китаров и лаборант Н. Миронов. Их первой задачей являлось сооружение модели, в которой электроны должны были ускоряться до 1 МэВ. В работах приняли участие также Л. А. Арцимович, крайне заинтересованный в источнике релятивистских электронов для своих исследований, и его аспирант М. М. Бредов, который, в частности, выполнил расчет резонатора для работы в 10-метровом диапазоне. В соответствии с этим расчетом был изготовлен большой цилиндрический резонатор с двумя коаксиальными трубками внутри, наружным диаметром ~ 80 см и длиной ~ 3 м. Предполагалось, что удастся получить амплитуду ускоряющего напряжения в резонаторе V_a~100 кВ. Вероятно, имелась в виду работа резонатора в непрерывном режиме. ВЧ-генератор был собран на основе металлической разборной лампы, незадолго до того разработанной на заводе "Светлана"; изготовлен один угол модели (две стеклянные трубы диаметром - 8 см и магнитное зеркало с петлеобразной траекторией электронов) и проведены испытания электронно-оптических свойств зеркала при W_инж~100 кэВ. Эту энергию электроны получали в специально построенном высоковольтном ускорителе.

Уже во время испытания модели Хургин сообщил группе, что он пришел к выводу о существовании принципиального недостатка квадратрона: поскольку в магнитных зеркалах электроны движутся по траекториям с малым радиусом кривизны, будут иметь место большие потери их энергии на излучение. Поэтому не следует рассчитывать на то, что в квадратроне удастся получить электроны с первоначально запланированной энергией в несколько десятков миллионов электронвольт. Это замечание Хургина интересно тем, что оно представляет собой, по-видимому, первое высказывание о мешающем воздействии "синхротронного излучения" на работу циклического ускорителя электронов.

В отчете ЛФТИ за первое полугодие 1941 г. было указано, что ведется подготовка к передаче заказов на изготовление резонатора и магнитных зеркал для квадратрона на ленинградские заводы.^* Смонтирован ускоритель-инжектор электронов с U=200 кВ. Ведется разработка магнитного зеркала для отражения пучка электронов на угол 180°; предложение об электронном ускорителе с одним резонатором и двумя магнитными зеркалами, каждое из которых поворачивает пучок на 180°, было сделано Л. А. Арцимовичем в 1939 г.

^* (Архив ФТИ, ф. 3, оп. 1, ед. хр. 111, л. 12.)

Все эти работы были прерваны войной.^*

^* (Установка, подобная квадратрону, была независимо предложена в УФТИ. Группа сотрудников этого института опубликовала интересные работы [157, 158]. Данные об экспериментальной разработке установки УФТИ в литературе не появились.)