В новосибирском наукограде Кольцово строят уникальный физический центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП СКИФ). Строят и запустят в намеченный срок.
Первая очередь линейного ускорителя СКИФ
Фото: предоставлено ИЯФ СО РАН
Первая очередь линейного ускорителя СКИФ
Фото: предоставлено ИЯФ СО РАН
Основные участники с научной стороны проекта — Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН и Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН. Как ведется работа над проектом и какие изменения он претерпел, рассказали его руководители — директор ЦКП СКИФ, замдиректора ИЯФ СО РАН, член-корреспондент РАН Евгений Левичев и его заместитель по научной работе в ЦКП СКИФ, доктор физико-математических наук Ян Зубавичус.
Стоимость проекта выросла с 37,1 млрд до 47,3 млрд руб. в связи с подорожанием стройматериалов. 90% научного оборудования ускорительного комплекса — отечественное, его изготавливают на опытных производствах ИЯФ, а также предприятий—партнеров института. В настоящее время завершается изготовление оборудования инжекционного комплекса, благодаря которому пучок электронов рождается и ускоряется до рабочей энергии 3 ГэВ. В разгаре и второй этап — производство оборудования основного накопителя электронов. Некоторые экспериментальные станции планировалось закупить за рубежом «под ключ», поэтому в течение прошлого года искались варианты сотрудничества со странами, не входящими в ЕС.
Где взять миллиард
Директор ЦКП СКИФ сообщил, что эксплуатационные расходы на поддержание работы установки ежегодно составят около миллиарда рублей, которые необходимо заблаговременно заложить в бюджет, чтобы после создания ЦКП СКИФ мог функционировать. Очевидно, что бюджет такого уровня не смогут обеспечить ни научные институты, ни даже Министерство науки и высшего образования РФ. Нужно решение правительства и отдельная утвержденная строка финансирования. «Мы работаем над этим с Минобрнауки, но проблема, оказывается, в том, что новые большие научные организации не создавались в РФ уже много лет и соответствующие финансовые нормативы просто отсутствуют. Существующие институты отчитываются за финансирование определенным количеством статей, а у нас пока для этого нет достаточного числа научных сотрудников — нам только предстоит их набрать и подготовить. Получается замкнутый круг: нет ученых, нет требуемого числа статей — нет денег, а нет денег — мы не можем набрать молодых специалистов»,— сказал Евгений Левичев.
Дата завершения проекта, как и ранее было определено,— конец 2024 года. До конца 2024 года заключен контракт со строительной компанией АО «Концерн "Титан-2"» ГК «Росатом», имеющей богатый опыт и необходимые лицензии для возведения объектов использования атомной энергии, к которым относятся ускорители электронов.
Четыре станции из шести уже делаются в России
Ту часть оборудования ускорительного комплекса, которую ранее планировалось закупить в Европе и Японии, ИЯФ изготавливает на своем производстве или заказывает у отечественных организаций.
Что касается экспериментальных станций, то на сегодня заключены контракты на конструирование и изготовление четырех станций из шести. Все они будут изготовлены в России, в Сибири. Среди подрядчиков — Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН и Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН, Новосибирский государственный технический университет, Российский федеральный ядерный центр — ВНИИ технической физики имени академика Е. И. Забабахина, Институт физики микроструктур (Нижний Новгород), а также две томские организации — Институт сильноточной электроники СО РАН и Национальный исследовательский Томский политехнический университет.
Кроме научных институтов в проекте принимают участие производственные предприятия — «НПП Триада-ТВ», Воткинский завод, ОАО «Кристалл», ООО «Призма», Бердский электромеханический завод и др. Первые помещения для монтажа научного оборудования, как и здания ускорителя, должны быть готовы в 2024 году.
На станции «Микрофокус» будут вестись исследования наноструктур при высоком давлении и температуре интенсивными рентгеновскими пучками. Она будет очень востребована геологами для изучения микроструктуры геологических пород. На станции «Структурная диагностика» планируется изучение расположения атомов в кристаллических образцах. Воздействие взрыва и плазмы на материалы и конструкции в режиме реального времени можно будет рассмотреть в мельчайших подробностях на станции «Быстропротекающие процессы». Станция диагностики в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне высокой проникающей способности предназначена для получения высококонтрастных изображений конструкционных материалов и целых узлов машин, а также для визуализации внутренних органов лабораторных животных при изучении течения развития и терапии опухолей.
Остальные две станции («XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» и «Электронная структура») изначально планировалось закупить за рубежом у европейских производителей. Заместитель директора ЦКП СКИФ по научной работе Ян Зубавичус сообщил, что весной этого года переговоры о сотрудничестве возобновились и перспектива создания станции «Электронная структура» стала достаточно ясной: уже прописаны все этапы ее изготовления и участники кооперации. Но она не будет сделана «под ключ», как это планировалось изначально. Одни производители поставят оборудование, другие осуществят сборку. Назначение этой станции — фотоэлектронная спектроскопия для изучения состояния активных центров катализаторов. Это основное направление исследований Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН с синхротронным излучением, который является главным идеологом данной станции. Несмотря на все задержки и трудности, сроки ее изготовления не переносятся: в конце 2024 года она должна быть запущена в эксплуатацию.
Две новые станции вместо одной
Назначение станции «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» — изучение пространственной, магнитной и электронной структуры материалов для полупроводниковой микроэлектроники: растворов, расплавов, молекулярных кристаллов и нанокластеров. Она планировалась по контракту с европейской компанией «под ключ». Но, в отличие от «Электронной структуры», поиск партнеров и наиболее эффективных логистических цепочек еще не завершен. Сохраняется риск сдвига срока завершения создания этой станции.
Чтобы не срывать сроки и выполнить все обещания по проекту, ученые решили создать в дополнение к утвержденному плану шести основных станций две так называемые паллиативные с более простой конфигурацией и упрощенным функционалом. Для их создания отлично подходит имеющееся оборудование, которое используется в ИЯФ СО РАН на ускорительных комплексах-источниках СИ ВЭПП-3 и ВЭПП-4. В создании одной такой станции примет участие Новосибирский госуниверситет, поскольку ее направленность кроме научных исследований определена как образовательная. В проектной документации по-прежнему числится пока шесть запланированных станций, поэтому организаторам проекта предстоит согласовать изменения на самом высшем уровне, где утверждался федеральный проект.
Для чего нужно СИ
Источник синхротронного излучения позволяет проводить исследования микроструктур под мощным рентгеновским лучом. Такие источники широко используются во многих странах для самых передовых исследований в области химии, физики, материаловедения, биологии, медицины, фармакологии, геологии и даже археологии. Источники СИ необходимы для решения многих задач в химической и нефтехимической промышленности, в авиа- и судостроении, в микроэлектронике, в расшифровке биологических структур — макромолекул (РНК, ДНК, белков), в изучении отдельных частиц вирусов, для таргетной доставки лекарств, создания сверхпроводников нового типа.
В мире около 50 центров СИ. Большая их часть расположена в Западной Европе, США, Азии (Япония, Южная Корея, Китай). Наличие источника СИ — признак высокого научно-технологического уровня развития страны. В России в научных институтах есть два небольших источника СИ первого и второго поколения в ИЯФ СО РАН и НИЦ «Курчатовский институт», но этой инфраструктуры недостаточно для проведения российских исследований с использованием рентгеновских методов. Источник СИ в ЦКП СКИФ относится к поколению 4+ с энергией 3 ГэВ. Длина орбиты пучка — 476 м.
«В Институте катализа СО РАН ведется трехлетний проект, который мы выиграли в конкурсе Министерства высшего образования и науки РФ, и он как раз касается глубокой модернизации действующей станции СИ на ВЭПП-3,— говорит Ян Зубавичус.— Под этот проект заложено финансирование 100 млн руб. в год, которого хватит, чтобы довести эту станцию до нужных параметров, дооборудовав ее, и перевезти на СКИФ. У НГУ тоже есть возможности дооснастить эту станцию в рамках своих проектов. В этом плане нам хотелось бы, чтобы у станции появился законный совладелец в лице НГУ и он имел бы к ней приоритетный доступ».
В мире практика совместного создания и эксплуатации станций СИ широко распространена, но для этого проекта пока не разработана нормативная база, позволяющая правильно выстроить имущественно-правовые вопросы сотрудничества ЦКП СКИФ с внешними организациями. Кроме НГУ в этом списке организаторы хотят видеть Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), а также ведущие томские и московские организации.
Самый яркий луч
Площадка ООО «НПП Триада ТВ» — изготовителя высокочастотных усилителей мощности
Фото: предоставлено ИЯФ СО РАН
Площадка ООО «НПП Триада ТВ» — изготовителя высокочастотных усилителей мощности
Фото: предоставлено ИЯФ СО РАН
Евгений Левичев рассказал, что первая часть линейного электронного ускорителя уже собрана. В нем достигнуты проектные параметры энергии электронов 30 МэВ. Остальные секции будут собраны непосредственно в зданиях ЦКП СКИФ: площади научного института не позволяют это сделать. На выходе из полностью собранного линейного ускорителя энергия электронного пучка составит 200 МэВ. Дальше электронный пучок попадет в промежуточный синхротрон (бустер), где он будет дополнительно ускорен до рабочей энергии 3 ГэВ. Проектный эмиттанс СКИФ (фазовый объем электронного пучка) на сегодня минимальный для работающих или создаваемых источников СИ. То есть российский проект является рекордным в мире по яркости генерируемого рентгеновского пучка. Именно от яркости зависит эффективность исследования объектов и уровень уникальности экспериментов.
«Нам нужно полгода, чтобы смонтировать все научное оборудование и начать работать с электронным пучком, поэтому мы договорились, что в ближайшее время для размещения прецизионного оборудования инжекционного комплекса будет построено чистое помещение»,— информировал Евгений Левичев.
Руководитель проекта отметил, что по направлению строительства, изготовления и сборки оборудования, а также организации профильных экспериментальных станций работа объективно двигается, преодолевая все препятствия, а вот кадровый вопрос, вопрос формирования штата для эксплуатации всего комплекса приобретает остроту.
СКИФу нужны 500 уникальных сотрудников
В проект ЦКП СКИФ требуются сотни сотрудников, которых надо готовить несколько лет. Отдельного финансирования на эти цели не выделено. В Новосибирском госуниверситете есть магистерские программы по теме источников СИ, но это совершенно не тот масштаб и уровень подготовки, который требуется для работы в составе ЦКП СКИФ.
Специалисты, которые умеют эксплуатировать источники СИ и проводить на них эксперименты, имеются всего в нескольких институтах РФ, и их не так много. Переманивать таких опытных сотрудников из других учреждений — не решение проблемы, поскольку их, во-первых, нужно больше, чем имеется сейчас, во-вторых, крупные проекты федерального уровня по новым направлениям, безусловно, требуют новых кадров, а в-третьих, нельзя «обескровить» другие лаборатории, которые также выполняют нужную научную работу.
Хронология
В июле 2019 года вышел указ президента РФ «О мерах по развитию синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской структуры в РФ». В декабре 2019 года застройщиком назначен ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН». В марте 2020 года определен генеральный проектировщик — АО «Центральный проектно-технологический институт» ГК «Росатом», а в октябре 2020 года — единственный исполнитель комплекса работ по изготовлению, сборке, поставке и пусконаладке оборудования, ИЯФ им. Г. И. Будкера СО РАН. В феврале 2021 года завершено проектирование объекта. В декабре того же года проектная документация успешно прошла государственную экспертизу и было получено разрешение на строительство. В феврале 2022 года ИЯФ передал первую партию оборудования для ЦКП СКИФ — высокочастотные усилители мощности. В конце 2024 года планируется введение в эксплуатацию ускорительного комплекса и шести экспериментальных станций первой очереди.
«Когда все будет построено, собрано и все станции смонтируют и приготовят к эксплуатации, то для работы в режиме 24 на 7 понадобятся высококвалифицированные уникальные специалисты, которые умеют обращаться с уникальным оборудованием,— уверен Евгений Левичев.— Этому нигде в России не учат, специалистов нужно готовить уже сегодня. Для их подготовки и дальнейшей работы в составе ЦКП СКИФ требуется финансирование».
«Когда мы делали источник СИ для Курчатовского института,— рассказывает Евгений Левичев,— мы взяли из ИЯФ несколько состоявшихся ученых — кандидатов и докторов наук, и в течение нескольких лет они работали только над этим проектом. Они были обязаны создать новые группы или даже целые лаборатории, набрать молодых специалистов и обучить их. Существенно было, что молодые ребята участвовали в разработке и создании тех систем, которые потом эксплуатировали. Молодежи интересны новые перспективные проекты при условии хорошей зарплаты и высокого уровня профессиональной подготовки всего коллектива сотрудников. В ЦКП СКИФ официально работают 100 человек, а нужно около 500. Взять готовыми их неоткуда. Их уже сегодня нужно обучать в лучших технических вузах всей страны, организовать факультеты, и на это нужно выделить деньги».
Символ будущего
Центр коллективного пользования СКИФ будет предоставлять время работы с пучками СИ на уникальном оборудовании ученым из любых регионов и организаций РФ, а также из-за рубежа. Во всех странах это делается бесплатно — платит государство. Имеется лишь одно условие: результаты должны быть опубликованы в открытой печати. Платно на источнике СИ работают только коммерческие компании, которые изучают, например, состав и строение готового лекарства, чтобы изготовить под своим брендом его рабочий аналог — дженерик. Такие проекты ведутся, как правило, в режиме коммерческой тайны, и их результаты не публикуются в открытой научной печати.
Однако коммерческих проектов обычно бывает не так много, чтобы работа источника СИ могла выйти на самоокупаемость. Такие проекты окупаются стократ благодаря открытиям, которые совершают революционный переворот в разных направлениях науки и отраслях экономики. Это понимание еще в самом начале проекта было достигнуто на всех уровнях. Реализуя гигантские установки для будущего развития, государство не гонится за сиюминутной выгодой, потому что СИ — это пропуск в будущее.
Для принятия решений о выделении времени работы на источнике СИ подавшим заявки кандидатам создается специальная комиссия научных экспертов, которые будут ранжировать уровень актуальности исследований. Так устроена эта система во всем мире.
«Развитие проекта СКИФ достигло уже такого уровня, когда мы начали задумываться не о глобальных вопросах, как выбрать энергию пучка или получить рекордные параметры, а о мелочах: как обустроить удобную пультовую управления, сделать проемы в полутораметровой стене биозащиты, чтобы доставить в тоннель громоздкое оборудование в будущем, или как украсить конференц-зал,— поделился Евгений Левичев.— Это, конечно, тоже проблемы и заботы, но приятные. Мне это напоминает, когда молодая семья, получая новую квартиру, думает уже о том, где поставить торшер или какие выбрать шторы. Это значит, что переезд не за горами».