В 1895 году процесс познания материального мира кардинально изменился. Человечеству, исследовавшему до этого окружающий мир лишь поверхностно (даже при наличии микроскопа, увеличивающего в две тысячи раз), теперь удалось заглянуть сквозь самые плотные препятствия.
Как вы догадались, причиной этому стало открытие Вильгельмом Рентгеном лучей, способных проникать сквозь непрозрачные предметы. Это было действительно эпохальным событием и стало колоссальным толчком в развитии науки и технологий.
Следующим очень важным шагом в изучении материи стало открытие явления дифракции рентгеновских лучей. Здесь уже постарался немецкий физик Макс фон Лауэ, который открыл нам глаза на упорядоченное строение кристаллических твердых тел. Благодаря ему и, конечно же, Рентгену, мы увидели, что все вещества имеют красивую атомную структуру.
Структуры кристаллов оказались настолько фотогеничными, что сам Эйнштейн назвал это открытие одним из самых красивых в физике.
Таким образом, благодаря этим двум открытиям, люди увидели наш трехмерный мир по-новому. Мы узнали, что есть последовательность атомов, представляющая собой объемную кристаллическую решетку.
Узнав, как устроены материалы на атомарном уровне, учёные получили возможность связывать эти данные со свойствами материалов. Следующим шагом стало создание новых материалов и структур с заранее заданными свойствами. Так возникли многие искусственные вещи, которыми мы пользуемся в повседневной жизни.
Итак, с помощью рентгеновских лучей люди десятилетиями заглядывали сквозь различные предметы и вещества и изучали их свойства. Для этого использовались специальные рентгеновские трубки.
Но проблема была в том, что возможности подобного способа весьма ограничены. Чтобы повысить яркость излучения, нужно соответственно увеличивать ток или напряжение. А делать это можно лишь до определенного момента, иначе просто сами трубки расплавятся от такого интенсивного излучения.
В общем с помощью рентгена можно увидеть многое, но далеко не все. И на этом возможности изучения материалов и закончились бы, но помог один счастливый случай.
Как-то раз американские ученые проводили свои эксперименты на одном из ускорителей частиц. Они гоняли электроны на околосветовых скоростях туда-сюда и пытались выжать из них побольше высокой энергии. Но им это никак не удавалось.
- Джонни, мне кажется, что вся эта fucking затея не стоит ни цента. От этих чертовых электронов никакого толку. Они никак не хотят накапливать энергию и только носятся по кругу, как этот crazy русский Смирнов на своем мотоцикле.
Александр Николаевич Смирнов - артист цирка высшей категории, известный артист-мотогонщик, цирковой партерный акробат, призер многих соревнований по мотоспорту. В 1936-37 гг. выступал в цирке с аттракционами на мотоциклах
- Да, Билли, ты прав. Затея - полное sheet. Давай лучше drink наш любимый кукурузный wiskey.
- Good idea, Джонни. Тащи свой толстый зад сюда и прихвати с собой лед.
- Ok, уже иду... Слушай, Билли, а чего эти чертовы электроны во время движения в ускорителе постоянно излучают какой-то яркий белый свет? Что это может быть за sheet?
- Джонни, так как раз из-за этого побочного света у нас ничего и не получается. Эти fucking электроны тратят на излучение этого света всю свою энергию, которую мы с тобой пытаемся накопить и поймать.
- Вот sheet, Билли. Если б не этот побочный паразитный свет, то мы бы уже нобелевскую с тобой получили бы.
- Да, не повезло нам Джонни. Ну зато wiskey хороший.
- Да, Билли.
Как и многие великие открытия, синхротронное излучение обнаружили совершенно случайно. Когда Джонни и Билли распивали уже третью бутылку бурбона, их вдруг осенило! А что если этот свет, который им так мешал, может на самом деле оказаться очень полезным! Так и свершилось открытие синхротронного излучения.
Синхротронное излучение - электромагнитное излучение огромной яркости, которое включает в себя и видимый свет, и ультрафиолет, и инфракрасное и рентгеновское излучение.
Синхротронное излучение в миллионы раз ярче рентгеновского и в 100 тысяч раз ярче солнечного! Оно способно просветить самые глубинные слои вещества.
Для получения синхротронного излучения используются заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле в вакуумной камере с околосветовой скоростью.
При этом данное искусственное магнитное поле как бы отбирает у летящих электронов потоки фотонов. Эти потоки фотонов и являются синхротронным излучением.
После того, как ученый мир открыл для себя синхротронное излучение, для его "добычи" стали делать специальные огромные устройства - синхротроны. Но позволить себе подобные устройства могут далеко не все страны. В мире насчитывается всего около 50 действующих установок и две из них находятся в России.
Синхротрон состоит из двух частей:
1. Непосредственно сам ускоритель частиц, который производит излучение,
2. Станции-лаборатории, в которых полученный световой поток используют для различных задач.
Свет синхротрона позволяет увидеть не только атомную структуру вещества, но и процесс возникновения и разрыва химических связей между атомами.
- Бла-бла-бла... Да все понятно. В общем сплошная наука какая-то. Ну пусть себе ученые этим и занимаются, нам то какое дело?
А нам то дело самое важное и нужное. Синхротрон - это довольно таки прикладной прибор. С помощью него совершаются очень важные открытия во многих современных областях науки.
- Ну что, например?
В первую очередь синхротронное излучение применяют в материаловедении, физике твердого тела, химии и нанобиотехнологиях, микромеханике, биологии и медицине.
На синхротронах также изучают геологические породы, археологические артефакты, органические останки, подходящие для анализа ДНК, произведения искусства.
Например, с помощью синхротрона удалось прочитать надписи на свитках, которые сгорели при извержении Везувия и дошли до нас в виде застывшего пепла.
Таким образом, современные синхротроны - это один из самых перспективных инструментов не только для фундаментальных исследований, но и для создания принципиально новых технологий.
Крупные компании платят за исследования на синхротронах. Взамен они получают уникальные данные, которые могут значительно улучшить параметры производства. Чаще других в исследования инвестируют фармакологические и технологические гиганты, например, производители электроники.
К примеру, на Курчатовском синхротроне проверяют сверхтонкие материалы для производства высокотехнологичных механизмов например, для электроники и авиационных деталей.
А больше всего промышленных заказов получает станция катализаторов - это показатель высокого уровня развития химической промышленности в России. Всего на Курчатовском синхротроне сегодня работает 15 экспериментальных станций, ещё восемь в процессе создания.
Таким образом, синхротрон - это вершина развития современных технологий.
К сожалению, Курчатовский синхротрон уже не такой современный. Он относится к поколению 2+. В мире же уже давно существуют синхротроны третьего и даже четвертого поколения. Поколения синхротронов зависят от наличия специальных магнитов, усиливающих излучение.
Внимание! Предупреждение для адептов теории распилов, РосПилов и так далее. Далее читать небезопасно. Так как будет идти речь о миллиардных вложениях из бюджета.
Прямо сейчас пока вы читаете эту статью, под Новосибирском уже во всю идет реализация нового грандиозного научного проекта с синхротроном - СКИФ. СКИФ - это "Сибирский кольцевой источник фотонов". Данный проект реализуется в соответствии с поручением президента и должен обеспечить нашей стране технологический суверенитет на десятилетия вперед.
Благодаря этому синхротрону мы сможем сами создавать многие современные материалы, композиты и многое другое, вплоть до долговечных аккумуляторов.
Выше я сказал про то, что Курчатовский синхротрон относится к поколению 2+ и это немного печально. Так вот, СКИФ первый в мире получит поколение 4+, что позволит нашим ученым обойти зарубежных конкурентов. Россия получит современную исследовательскую инфраструктуру мирового уровня.
Европейским центрам, чтобы модернизировать свои установки до 4+, придется много чего исправить в своих технических решениях, а от них так просто не избавиться. Наше преимущество здесь заключается в том, что нам не нужно избавляться от старого: мы можем сразу выйти вперед. Это очень серьезное конкурентное преимущество. И им нужно воспользоваться.
Этот синхротрон действительно будет всем синхротронам синхротрон. Он будет лучшим на момент создания и на долгие годы вперед. В России нет пока источника даже 3-го поколения, а мы выйдем на лучший источник формы 4+. Здесь, как говорят наши чиновники, сработает формула «перегнать, не догоняя».
Работы по осуществлению проекта начались в 2020 году, а ввод в эксплуатацию СКИФа планируется уже в 2024 году.
На строительство центра было выделено 37 млрд. рублей, но директор генподрядчика стройки уже заявил о том, что этой суммы явно не хватит и она скорее всего будет увеличена. Нельзя, конечно, не поглумиться над его словами, а для "распильщиков" так это вообще повод для нескончаемого стеба. Вот что он сказал:
- Мы знаем директивную цену - 37 миллиардов рублей, и знаем, что этой директивной цены точно не хватит. На сколько не хватит - тут нужно еще считать серьезно. Но главное, что понятен путь.
В общем директору путь понятен - нужно выбить еще больше денег. Ну на то он и директор, чтобы обогащать свою компанию. И да, у нас без откатов, распилов, наверное, пока еще никак не обходится, но тем не менее, отбросив эти мысли в сторону, хочется все-таки порадоваться, что у нас в стране реализуются подобные проекты. Особенно радует, что все это на перспективу, а не ради сиюминутной выгоды. А значит, все у нас будет хорошо!
Поставим лайк проекту 👍 и пожелаем удачи нашим ученым в освоении этого мега устройства.
