В прошлом году Томский политех вошел в число разработчиков оборудования для установки класса «мегасайенс» — Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). Он располагается в Новосибирске и сейчас находится в процессе строительства.
СКИФ – это синхротрон, ускоритель электронов. В процессе движения по искривленным траекториям в поворотных магнитах и вставных устройствах (ондуляторах или вигглерах) электроны испускают мощное синхротронное излучение, которое и используется в качестве инструмента для исследований свойств вещества.
Сопутствующее тормозное излучение и рассеянные электроны, взаимодействуя с веществом окружения, могут возбуждать в нем атомные ядра, поэтому установка относится к радиационным объектам.
Почему Томский политех занимается СКИФом
«Некоторые люди до сих пор думают, что работа с атомной энергией – область высоких рисков, но все зависит от опыта исследователей и используемых технологий. Практика ТПУ подтверждает, что ядерный потенциал открывает широкие научно-промышленные возможности. И здесь нам точно есть чем поделиться с командой разработчиков СКИФа – у нас 70-летняя история работы с атомной энергетикой, а наш вуз единственный в стране имеет собственный функционирующий учебный реактор», — рассказал начальник управления перспективных исследований ТПУ Алексей Гоголев.
Благодаря этому научному потенциалу в ТПУ производят малогабаритные ускорители и рентгеновские аппараты, а на реакторе модифицируют материалы, например кремний, для производства электроники.
К тому же в практике университета есть уникальный кейс, который пригодится в дальнейших работах с оборудованием мегасайенс-установки. Именно на базе ТПУ в СССР разработали, собрали и запустили предшественника СКИФа – синхротрон СИРИУС (Сибирский резонансный импульсный ускоритель). На некоторый период времени эта установка стала мощнейшей в мире.
Зона ответственности Томского политеха на СКИФе – это станция для исследования мельчайших объектов «Микрофокус». Ученые будут проверять в университете методики регистрации излучения, апробировать разнообразные детекторы, которые помогут в визуализации исследуемых образцов и процессов.
Конечно, этим работа не ограничится, уже сейчас специалисты вуза создают программное обеспечение для регистрации и обработки больших потоков данных с детекторов для создаваемой станции, плюс некоторые детекторы являются продукцией производства ТПУ.
В ближайшее время команда Томского политеха проведет первые испытания собственных систем регистрации. Одно из основных ее назначений – визуализировать пучок излучения при первичной отладке и измерять его параметры. А когда СКИФ будет запущен, эти детекторы смогут работать в составе систем высокоразрешающей радиографии и томографии.
СКИФ — будущее электроники
С помощью СКИФа ученые получат комплексные знания о расположении атомов и молекул по отношению друг к другу, возможно, удастся установить зависимости между особенностями строения, плотности, даже цвета того или иного материала и спецификой его внутренней структуры.
С использованием всех преимуществ синхротронного излучения ученые изучат, каким образом изменяется вещество в экстремальных условиях, при температуре и давлении как в ядре Земли.
Все это даст ученым возможность создавать новые сплавы, полимеры, комплектующие для современной техники, реализуя у них нужные свойства на основе найденных закономерностей.
Особенно ценен будет инструментарий СКИФа при исследовании редкоземельных металлов, которые сейчас востребованы в электронике. При помощи синхротрона мы получим полные сведения об их самых ценных для промышленности особенностях, поймем, от чего они зависят, и, возможно, создадим более доступные альтернативы.
И конечно же, стоит упомянуть среди ключевых приоритетов феноменальную скорость. Только представьте, что двадцать лет назад на расшифровку какой-либо кристаллической структуры требовались годы, а СКИФ сделает это за несколько секунд.
Студенты смогут работать на СКИФе
На СКИФе смогут работать не только ученые, но и студенты. Чтобы работать на станциях синхротрона, нужен особый опыт, поэтому с осени 2023 года в ТПУ запускается новый трек магистратуры «Физика высоких энергий». Магистранты с этого направления научатся работать не только на СКИФе, но и других мегасайенс-установках.
Также у студентов будет возможность пройти практическую подготовку по проектированию, разработке и реализации исследовательских станций синхротрона. Будущие специалисты смогут составить индивидуальную траекторию обучения из исследовательских, инженерных и междисциплинарных предметов.
«Надеюсь, такие широкие возможности помогут молодым людям увидеть, что наука дает огромные возможности и перспективы. Мы приближаемся к совершенно новым знаниям, и уже новые поколения профессионалов будут формировать научные школы завтрашнего дня», — подытожил начальник управления перспективных исследований ТПУ Алексей Гоголев.