Аннотация: В статье предлагается рассмотреть два принципиально новых способа ускорения заряженных частиц: ускорение протонов на обратной волне (Ускоритель профессора Богомолова) и кильватерное ускорение электронов с помощью протонного драйвера в Большом адронном коллайдере (проект AWAKE).

Ключевые слова: линейный ускоритель, обратная волна, протон, электрон, векторное поле, скалярное поле, продольная сила, кильватерное поле.

Европейская стратегическая группа (ESG) рассматривает для исследования принципиально новые проекты по созданию более эффективных и менее дорогих ускорителей и коллайдеров. В статье предлагается два проекта ускорения частиц, в основе которых лежат совершенно новые физические принципы: кильватерное ускорение электронов с помощью протонного драйвера в Большом адронном коллайдере (проект AWAKE) и ускорение протонов на обратной волне (Ускоритель профессора Богомолова)

Фактически во всех проектах последних 30 лет разработчики линейных ускорителей ориентировались на возможности сверхпроводящих (СП/SC) ускорительных комплексов. Особенно:

- в США (2006 г.) создан самый мощный в мире протонный лазер - источник нейтронов - СНС (энергия протонов 1 ГэВ, мощность 1,56 МВт, длина 258 м);

- в США (2008-2018 гг.) создается многофункциональная ионная ДЛ с энергией 8 ГэВ (L=692 м);

- Европейское Сообщество (2010-2018 гг.) осуществляет проектирование нейтронного комплекса ESS на пучке Н-линейного ускорителя протонов с энергией 1,33 ГэВ и мощностью пучка 5 МВт;

- Китай, Индия, Япония, Южная Корея реализуют программы, основанные на создании ЛУП для фундаментальных и прикладных исследований, определяющих будущее АЭ.

В этих программах ускорители «однотехнологичные» — все на сверхпроводимости. Создание этих ускорителей потребляет миллиарды долларов ресурсов. Конструкции «теплых» ЛУ (для АДС), отличные от традиционных схем, нигде не обсуждаются. По сведениям автора, последнее известное серьезное обсуждение проблемы было на ЭПАК-96 [1]. В современной литературе содержится «руководящее и направляющее» утверждение, широко распространенное во всем мировом сообществе разработчиков ускорительной техники и «кочующее» из одной публикации в другую: «в “теплых” вариантах ЛУ КПД мал, и малая апертура (диаметр канала ускорителя) представляет проблему с точки зрения потерь пучка, которые к тому же не являются локализованными». Именно такого рода утверждение «развернуло» основную массу создателей ЛУ на разработки сверхпроводящих (СП/SC) ускорительных комплексов. Как следствие, с начала 1990-х годов практически исчезли серьезный анализ и публикации по разработке сверхмощных ЛУ, которые могли бы быть выполнены на линейных ускоряющих структурах комнатной (~300К) температуры. Это ошибочное мнение полностью опровергают теоретические работы профессора Алексея Богомолова и успешная эксплуатация, созданных им ускорителей протонов на обратной волне [2].

Сегодня, как никогда актуальна задача жизнеобеспечения человечества дешевыми и надежными источниками энергии (электроэнергии и тепла) и избавления от накопленного количества радиоактивных отходов и страхов, связанных с использованием атомной энергии. Ядерная энергетика в реакторах с самоподдерживающейся реакцией вызывает настороженное отношение к ней как населения, так и специалистов. Контроль, обеспечение работоспособности и безопасности, управление всеми процессами в подкритических реакторах осуществляются пучками протонов высоких энергий. Это принципиально отличает подкритические реакторы от современных реакторов и полностью исключает радиационное заражение при авариях чернобыльского типа. Вместо поддержания цепной реакции подкритический реактор использует дополнительные нейтроны от внешнего источника. Существует два основных класса таких устройств. Один использует нейтроны, испускаемые машиной ядерного синтеза, концепция, известная как гибрид синтеза и деления. В другом устройстве используются нейтроны, образующиеся в результате деления тяжелых ядер заряженными частицами, такими как протоны, ускоренные ускорителем частиц, концепция, известная как система, управляемая ускорителем (ADS), или подкритический реактор, управляемый ускорителем. В статье «Ускорители на обратной волне, как альтернатива классическим сверхпроводящим ускорителям» профессор Алексей Богомолов представляет материалы своих пятидесятилетних исследований, направленных на создание АДС - ускорительной ядерной установки промышленного назначения, по теме BWLAP (обратноволновой линейный ускоритель частиц), в отношение к проблеме создания компактного ускорителя протонов на мощных линейных ускорителях. структуры «комнатной температуры» с ярко выраженной обратной пространственной гармоникой высокочастотного электромагнитного поля, распространяющегося навстречу потоку ускоренных частиц [2]. Это доказывает преимущество BWLAP (с водоохлаждаемыми ускорительными конструкциями) перед сверхпроводящими ускорителями по общему КПД (Pbeam/PAC) при аналогичной энергии протонов. Применение BWLAP целесообразно в комплексах с подкритическими ядерными реакторами для трансмутации радиоактивных отходов (РАО) и выдувания младших актинидов, а также для получения ядерной энергии. Модульный трехмерный ускоритель с обратной волной, производящий огромный поток протонов, может стать грозным оружием. BWLAP может обеспечить режим с малой скважностью и непрерывной работой. Группа исследователей под руководством Богомолова Алексея Сергеевича разработала технологию ускорения положительно заряженных частиц (протонов, дейтронов) на обратной волне - БУЛАП (рис. 1). Суть этой технологии заключается в ускорении элементарных частиц электрической составляющей электромагнитной волны, движущейся в том же направлении и с той же возрастающей скоростью, что и ускоряемые ионы. В этом случае источник электромагнитных волн устанавливается в конце ускорителя, противоположном инжекционному, и волна бежит навстречу потоку энергии - тем самым волна (пространственная гармоника) направлена противоположно направлению потока энергии.

формате PDF (248Кб)