Владимира Путина пригласили запустить СКИФ

Ярче триллиона солнц

Президента России Владимира Путина пригласили посетить запланированную на следующий год церемонию запуска в промышленную эксплуатацию Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ) — установки класса мегасайенс, которую создают под Новосибирском ученые Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН по заказу Минобрнауки РФ. Приглашение поступило от журналиста из Новосибирска во время прямой линии «Итоги года с Владимиром Путиным», которая состоялась 19 декабря.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

«Что касается СКИФа, то это действительно большой успех. Почему? Потому что это дает возможность не только проводить исследования фундаментального характера, но и прикладного одновременно. Это очень важно, потому что это даст возможность работать в области фармацевтики, новых материалов и так далее»,— акцентировал глава государства важность проекта.

«Я постараюсь приехать»,— пообещал президент.

Как пояснил «Ъ-Науке» министр науки и высшего образования России Валерий Фальков, СКИФ по своим характеристикам является одним из лучших в мире. «Это синхротрон поколения 4+, который будет ярче почти всех существующих аналогов, включая установку во Франции»,— подчеркнул глава Минобрнауки. По словам министра, СКИФ поможет ученым из России и других стран изучать «мельчайшие структуры материалов, процессы в биомедицине и физике, создавая лучи в триллион раз ярче поверхности Солнца».

«Реализация этого проекта, несомненно, даст мощные конкурентные преимущества, в первую очередь российским ученым, тем, кто занимается исследованием в самых разных областях: в структурной диагностике материалов, биомедицине, химии и многих других дисциплинах»,— отметил Валерий Фальков.

Он подчеркнул, что «оборудование для синхротрона изготовлено преимущественно в России, в Новосибирске, Томске и иных регионах, а сам проект реализован правительством России и Минобрнауки в рекордные сроки». «И мы вправе этим гордиться»,— заключил глава Минобрнауки.

В ходе прямой линии Владимир Путин припомнил, как возникла сама идея такой установки. Он отметил, что при ее создании удалось преодолеть все санкционные преграды, и поздравил с этим всех причастных.

«Эта тема [создания установки] возникла в ходе проведения Совета по науке при президенте России. Мы проводили как раз в Новосибирске в 2018 году. И тогда коллеги из Сибирского отделения [Российской] Академии наук — Института ядерной физики — поставили вопрос о необходимости создания СКИФа, этой установки-ускорителя. Действительно, были некие задержки, связанные с санкционными делами, но нам удалось закончить, завершить эту работу. Это здорово. Я хочу всех, кто к этому процессу причастен и кто там будет работать в будущем, хочу с этим поздравить. Это безусловный успех»,— подчеркнул президент.

Директор Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН академик РАН Валерий Бухтияров в беседе с «Ъ-Наукой» выразил уверенность, что «СКИФ будет лучшим в мире источником синхротронного излучения в своем классе». При этом, по словам ученого, «самое главное — этот уникальный комплекс даст российскому научному сообществу возможность проводить исследования внутри своей страны».

«Сейчас попасть в мировые синхротронные центры стало гораздо сложнее, кроме того, некоторые образцы трудно или вовсе невозможно транспортировать. Важно и то, что в СКИФ создается сопутствующая инфраструктура для подготовки образцов и обработки данных, что позволит обеспечить полный исследовательский цикл»,— пояснил академик.

Объект класса мегасайенс возводится в наукограде Кольцово под Новосибирском по проекту Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН. Весь комплекс включает 34 здания и сооружения на территории 30 га, а также инженерное и технологическое оборудование, обеспечивающее выполнение исследований на пучках синхротронного излучения.

Первый узел сети

Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») станет первым объектом современной сети источников синхротронного излучения, которая создается в России в рамках Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на период до 2030 года и дальнейшую перспективу.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Задача источников синхротронного излучения — исследование сверхмалых объектов, микронного и нанометрового размера. Такие установки позволят увидеть структуру материи вплоть до расположения отдельных атомов. Что важно — не только в статике, но и в ходе динамических процессов, например химических реакций. Так, конкретно на СКИФе будут изучать быстропротекающие процессы: возникновение трещин, детонацию, взрыв.

На момент создания ЦКП «СКИФ» окажется лучшим в мире источником синхротронного излучения в классе накопителей среднего энергетического диапазона (3 ГэВ). Уникальные характеристики позволят проводить передовые исследования с яркими и интенсивными пучками рентгеновского излучения во множестве областей: химии, физике, материаловедении, биологии, геологии и даже в гуманитарных науках. Задачи будут носить как фундаментальный, так и прикладной характер.

Например, исследования на СКИФе помогут создавать новые лекарства, улучшать характеристики материалов, изучать древние артефакты без ущерба их целостности, оценивать месторождения полезных ископаемых, например редких и редкоземельных элементов, и многое другое.

Доступ к СКИФу ученые из России и других стран будут получать на основе системы отбора заявок. «Пропускная способность» комплекса оценивается примерно в 1 тыс. научных групп в год, при этом исследования на экспериментальных станциях ЦКП будут проводиться в режиме 24/7.

В рамках первой очереди в 2026 году будут запущены семь экспериментальных станций, к 2035 году их число увеличится до 30. Комплекс спроектирован таким образом, что станции будут взаимно дополнять и усиливать друг друга. На них будут реализованы все востребованные методы диагностики. В частности, в ближайшем будущем появятся станции, работающие не только в рентгеновском, но также в ультрафиолетовом и инфракрасном спектральном диапазонах.

Как устроен СКИФ

Схема устройства СКИФа выглядит следующим образом. Электронная пушка формирует сгустки электронов, которые в линейном ускорителе «разгоняются» до энергии в 200 МэВ. По транспортному каналу электронные сгустки поступают в кольцевой бустерный синхротрон (бустер), где дополнительно разгоняются уже до рабочей энергии 3 ГэВ и по транспортному каналу поступают в основной накопитель.

В нем сгустки проходят через магнитное поле поворотных магнитов (магнитных диполей) или специализированных многополюсных устройств (вигглеров или ондуляторов) и за счет этого генерируют синхротронное излучение. Оно выводится из накопителя через фронтенды в каналы транспортировки рентгеновского пучка. По ним излучение доставляется до экспериментальных станций для проведения научных исследований.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Лидер поколения

Уникальность СКИФа можно пояснить через аналогию с обыкновенным фонариком. Так, чтобы разглядеть очень маленький удаленный объект — скажем, белок вируса, большой фонарь с широким углом освещения не подойдет: до цели будет добираться слишком малая часть испускаемого света. Для такой задачи луч фонарика должен быть узконаправленным.

Качество «снимков» исследуемой материи, которые получат ученые, будет определяться так называемым эмиттансом. Это произведение линейного размера источника синхротронного излучения на угловую расходимость светового луча. Чем оно ниже, тем большей плотности фотонного потока на исследуемом образце можно достичь.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Именно рекордно низкий эмиттанс в 75 пикометров-радиан (пм-рад) позволяет классифицировать СКИФ как источник синхротронного излучения поколения 4+. При этом на данный момент в мире действует всего три источника синхротронного излучения поколения 4: установки MAX IV в Швеции, ESRF во Франции и Sirius в Бразилии.

Вопреки конъюнктуре

Изначально при создании установок класса мегасайенс предполагалась широкая международная кооперация, в том числе со странами, изменившими свою политику по отношению к России на недружественную. Создателям СКИФа пришлось в экстренном порядке преодолевать санкционные ограничения на поставку высокотехнологичного оборудования. Была развернута широкая работа по организации импортозамещения оборудования, узлов и материалов.

Так, в кратчайший срок удалось наладить производство мощных высокочастотных клистронов (которые изначально планировалось закупить в Японии), источников питания магнитов бустера (должны были прибыть в Дании), вакуумного оборудования (за которыми обращались к коллегам в Швейцарии).

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

В результате все вопросы импортозамещения для источников синхротронного излучения четвертого поколения полностью решены. Все семь (вместо изначально планируемых шести) экспериментальных станций для ЦКП «СКИФ» сегодня произведены в ведущих российских научных центрах.

Как отмечают в Минобрнауки, преодоление трудностей, обусловленных недобросовестным поведением ряда западных компаний, разорвавших сотрудничество с российскими партнерами под влиянием политической конъюнктуры, в определенной степени ускорило развитие отечественных технологий и укрепило кооперацию научных центров России и стран Глобального Юга.

Илья Арзуманов