Синхротрон за 37 миллиардов рублей построят под Новосибирском, работы начнутся весной 2020 года. Официальное название будущей флагманской установки класса mega science — «Сибирский кольцевой источник фотонов» («СКИФ»), она станет самой совершенной в мире. Зачем ученым понадобилось ускорять частицы за такие астрономические деньги и что даст в перспективе синхротронное излучение?
Синхротрон — один из типов циклических ускорителей с кольцевой вакуумной камерой, в которой частицы ускоряются практически до скорости света, а стоящие на их пути мощные электромагниты задают траекторию движения. В результате возникает синхротронное излучение — мощнейший рентген, который позволяет изучать структуру любого вещества вплоть до атомов.Зачем нужен ускоритель
«Сибирский кольцевой источник фотонов» призван вернуть новосибирский Академгородок на фронтир мировой науки, говорит доктор физико-математических наук и заместитель руководителя проектного офиса Центра коллективного пользования «СКИФ» Ян Зубавичус.
Класс синхротрона определяется качеством генерируемого излучения. Будущая установка относится к поколению «4+», что делает ее самой совершенной по своим параметрам на планете. Сейчас в России работают только синхротроны первого поколения, они появились еще в 70-х годах и сильно устарели, поэтому появление «СКИФ» станет настоящим прорывом.
«Синхротрон — универсальный инструмент для решения задач в прикладной и фундаментальной науке. Многие страны вкладывают деньги в исследования с помощью синхротронного излучения, Россия не имеет права отставать, это вопрос политического престижа. Фактически, строительство таких комплексов — фактор технологической независимости», — считает ученый.
По словам Зубавичуса, четвертое поколение — «потолок» технологии, в ближайшее время улучшить параметры синхротронов будет крайне тяжело. Сейчас в мире работает только один синхротронный источник четвертого поколения — в Швеции. Идет стройка в Бразилии, кроме этого, во Франции синхротрон третьего поколения модернизируют до четвертого.
Какие открытия впереди
От коллайдера синхротрон отличается своим прикладным значением — его излучение позволяет проводить полезные даже на бытовом уровне исследования, тогда как на коллайдере пытаются разгадать тайны мироздания, имеющие весьма отдаленное отношение к обычной жизни, подчеркивает Зубавичус.
Например, на установке можно будет изучать действие лекарств, новые материалы, исторические артефакты, музейные экспонаты, а также различные устройства, включая аккумуляторы и батарейки, гибкие сенсорные экраны, самоочищающиеся покрытия, полимеры, каталитические конверторы для автомобилей.
«Установка ускоряет частицы до очень высокой энергии — 3 ГэВ, такую энергию мог бы получить электрон, пройдя разность потенциалов в 1 миллиард вольт. Одновременно магниты сжимают пучок в поперечном сечении, в итоге генерируемый фотонный луч оказывается очень узким и остронаправленным, его можно сравнить с лазерной указкой», — рассказывает ученый.
В результате размер такого фотонного пучка может быть порядка десяти нанометров при длине волны меньше ангстрема. Зубавичус отмечает, что методами просвечивания или дифракции можно изучать любые материалы на атомном уровне или быстропротекающие процессы в реальном времени. Установка — фактически мощнейший гигантский микроскоп.
Что построят под Новосибирском
«СКИФ» построят в наукограде Кольцово, он будет включать ускорительный комплекс, а также экспериментальные станции и лабораторный корпус. Основное здание будет представлять круг диаметром около 230 метров, внутри которого и поместят ускорительный комплекс, состоящий из линейного ускорителя, бустера и основного кольца.
.jpg)
На кольце установят специальные устройства, генерирующие синхротронное излучение, вокруг возведут стену биологической охраны для защиты персонала — синхротронное излучение в триллионы раз ярче, чем то, которое можно получить с помощью обычной рентгеновской трубки. Несмотря на сильную радиацию, местному населению опасаться синхротрона не стоит.
Корпуса для размещения специализированных станций будут прилегать к гигантскому кольцу. Здесь установят экспериментальное оборудование, которое сможет анализировать воздействие синхротронного излучения на объекты или процессы. Вокруг «СКИФ» могут разместить 30 экспериментальных станций, но строить их будут постепенно, в первой очереди их всего шесть.
Почему синхротрон такой дорогой
Предполагаемая предельная стоимость «СКИФ» — порядка 37 миллиардов рублей. Согласно постановлению правительства средства распределят по годам следующим образом: 2020 год — 1 миллиард рублей, 2021 год — 3,4 миллиардов, 2022 год — 10,5 миллиардов, 2023 год — 12,9 миллиардов, 2024 год — 9,3 миллиардов.
«Почему установка выходит такой дорогой? Главная причина — огромный ускоритель, нашпигованный сложным оборудованием, в том числе мощными электромагнитами, прецизионными источниками питания, измерительными датчиками, контрольной электроникой», — перечисляет Зубавичус.
При этом примерно 80% оборудования для синхротрона планируется произвести в России. По оценке ученого, новосибирские специалисты обладают всеми необходимыми компетенциями. Например, в ИЯФ СО РАН спроектируют и изготовят ускорительный комплекс, включающий линейный ускоритель, бустер и основное кольцо-накопитель.
