13:33 / 09.04.2025 / Общество

Жидкий металл для алмазных окон

Исследователи Института теплофизики имени Кутателадзе СО РАН и Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» предложили новую технологию охлаждения алмазных окон для фронтендов станций второй очереди СКИФ.

Фронтенд — это комплекс оборудования для вывода пучка синхротронного излучения из накопительного кольца на экспериментальную станцию. Алмазные окна устанавливаются в узлах вывода синхротронного излучения из области высокого вакуума на исследовательские станции, что позволяет пропустить пучок СИ без потери герметичности накопительного кольца. Для того чтобы высокие температуры не разрушили структуру монокристалла алмаза, на этих элементах имеется система охлаждения.

На алмазных окнах для станций первой очереди применяется традиционная система охлаждения, при которой алмазное окно с помощью сварки или пайки закрепляется на медных элементах, в которых проходит канал для циркуляции охлаждающей жидкости. В ее роли выступает обычная вода. Однако со временем сварочный шов деградирует, кристаллы алмаза под воздействием повышенных температур могут изменить структуру с монокристаллической на поликристаллическую, что существенно снижает качество пучка.

Для фронтендов станций второй очереди рассматривается возможность применения новой системы охлаждения, которая позволит существенно повысить термостабильность алмазных окон и продлить срок их службы.

По словам научного сотрудника ЦКП «СКИФ», ведущего инженера лаборатории интенсификации процессов теплообмена Института теплофизики СО РАН кандидата физико-математических наук Максима Пухового, с каждым новым поколением источников синхротронного излучения тепловые потоки становятся все больше и больше, соответственно, необходимо все сильнее охлаждать оптические элементы. Исследователи предложили новую систему охлаждения алмазных окон, при которой они закрепляются на фланце при помощи жидкометаллической пленки.

Жидкий металл уплотняет конструкцию, не требует ни пайки, ни сварки, при этом обеспечивает надежный тепловой контакт и достаточное вакуумное уплотнение. Тончайшие алмазные пленки устанавливаются в месте вывода синхротронного излучения из фронтенда на экспериментальную станцию и принимают на себя экстремальную теп­ловую нагрузку, нагреваясь выше 300 градусов Цельсия. Новая система охлаждения существенно увеличит срок службы этих элементов и в перспективе позволит повысить яркость излучения.