11 августа Владимир Путин в ходе рабочей поездки в Новосибирск осмотрел, как идут работы над планирующейся к запуску мегасайенс-установкой — "Сибирским кольцевым источником фотонов" (СКИФ). Об истории проекта, позволяющего заглянуть в глубь вещества, — в материале ТАСС
Источники синхротронного излучения предназначены для изучения сверхмалых объектов, микронного и даже нанометрового размера, и позволяют увидеть их структуру вплоть до расположения отдельных атомов, причем не только в статике, но и в рамках различных химических реакций и динамических процессов. Происходит это за счет разгона пучка электронов, который и создает то самое синхротронное излучение.
Построить Центр синхротронного излучения президенту ученые предложили в марте 2018 года во время его визита в Новосибирск, однако придуман он был гораздо раньше внутри Института ядерной физики СО РАН. В советское время и в 90-е годы новосибирские физики участвовали в создании синхротронов в России, Европе и Америке и продолжали работать над проектом собственной установки.
Исследователи ориентировались на опыт других стран — Франции, США, Японии и Китая, где находятся самые крупные современные международные источники синхротронного излучения. Создание подобной установки последнего поколения было мечтой ученых, ведь это позволило бы получать данные о структуре вещества с высокой точностью, не выезжая за рубеж.
"Сроки, которые вы назвали, вполне обозримые, понятные, и стоимость тоже приемлемая. Это все можно сделать, так что давайте готовьте предложение", — поддержал инициативу Владимир Путин.
Уже в конце 2018 года проект получил название "Сибирский кольцевой источник фотонов" в честь того, что именно частицы света выступают мощным инструментом для исследований. Заказчиком строительства синхротрона выступил Института катализа СО РАН. Это связано с тем, что исследования в области катализа, химии и материаловедения составляют основу будущих научных задач СКИФ.
К созданию установки подключились ученые со всех уголков страны, ведь для запуска предстояло создать не только здания ускорительного комплекса, но и инновационное оборудование. Генеральным конструктором и изготовителем оборудования стал Институт ядерной физики СО РАН. Он смог в сжатые сроки создать элементы ускорительного комплекса, каким и является СКИФ.
Кольцо надежд
С высоты СКИФ похож на гигантское кольцо, и это неспроста. Чтобы получить синхротронное излучение, заряженные частицы — электроны — в установке сначала нужно разогнать.
Кольцо накопителя общим периметром 476 м состоит из 112 "звеньев" — специальных подставок (гирдеров) с магнитно-вакуумными сборками длиной от 2,4 до 3,8 м и весом до 4,45 т. Плоскость гирдеров, на которую ставятся магнитные элементы, требует высокой точности — 50 микрон (примерная толщина волоса ребенка) на длине 3,8 м. Также в составе кольца — высокочастотные резонаторы, которые позволяют поддерживать рабочую энергию пучка.
"Дело в том, что в циклических ускорителях, которые имеют форму кольца, невозможно ускорять электроны, начиная с нулевой энергии. От нулевой энергии нужно ускорить до минимальной, на которой они могут быть успешно направлены в кольцо. Если у нас в розетке 200 вольт, то эта энергия находится в районе 200 млн электронвольт (эВ). Именно столько необходимо, чтобы залететь в кольцо и потом уже ускориться до 3 млрд эВ", — рассказывал директор института, академик Павел Логачев незадолго до запуска линейного ускорителя установки.
Специально для его работы ученые разработали сверхмощный высокочастотный усилитель — клистрон. "Это как мотор в автомобиле для линейного ускорителя. Это достижение появилось не на пустом месте, мы шли к этому как Институт ядерной физики 30 лет. Это результат работы нескольких поколений исследователей", — подчеркнул директор института.
Ярче звезд
Именно оборудование, изготовленное сибирскими физиками, позволяет достичь уникального качества СКИФ — высокой яркости излучения. Она является абсолютным рекордом для источников синхротронного излучения сопоставимого класса, включая как действующие, так и строящиеся установки. СКИФ обладает рекордно малым фазовым объемом пучка (эмиттансом) для установок-"одноклассников" с энергией пучка электронов 3 ГэВ.
"Яркость излучения СКИФ (основная характеристика эффективности работы источника — прим. ТАСС) <…> позволит многочисленным пользователям новой научной инфраструктуры класса "мегасайенс" — биологам, химикам, специалистам в области катализа, материаловедам, геологам и так далее — проводить исследования в условиях, недоступных для других подобных установок, тем самым существенно повышая потенциал возможных открытий", — сообщал ТАСС директор центра Евгений Левичев.
Больше испытаний
Создание СКИФ не было простой задачей. Уже в 2020 году проект столкнулся с первыми трудностями — началась пандемия COVID. Тогда проектировщиков СКИФ, чтобы закончить в срок, перевели на удаленку, а схему финансирования проекта изменили, начав выделение средств на изготовление оборудования раньше запланированного. Несмотря на связанные с пандемией ограничения, строительство установки началось в 2021 году, а осенью 2022 года были получены первые пучки электронов.
На этом испытания для разработчиков СКИФ не закончились. Важную роль для будущего синхротрона и исследователей играют экспериментальные станции, которые находятся по периметру основного кольца СКИФ. В первой очереди их планируется семь — для изучения атомной структуры материалов в физике, химии, биологии, материаловедении и геофизике.
Из-за санкционного давления ученые столкнулись с серьезными вызовами при создании оборудования для станций, отмечал Евгений Левичев. "Однако российские научные, научно-образовательные организации, а также высокотехнологичные предприятия успешно импортозаместили сотни позиций", — говорил он.
Строительство научного комплекса завершилось 20 июня 2026 года. Сейчас Центр коллективного пользования представляет собой комплекс из 34 строящихся зданий и сооружений, а также инженерного и технологического оборудования.
Замгубернатора Новосибирской области Ирина Мануйлова сообщала, что официальный пуск СКИФ намечен на конец августа, когда в регионе пройдет форум "Технопром-2026".
Первый научный эксперимент на СКИФ ожидается в сентябре. Он будет связан с новым полиэтиленом. "СКИФ поможет ученым изучать мельчайшие структуры материалов, процессы в биомедицине и физике, создавая лучи в 1 трлн раз ярче поверхности Солнца", — отмечал глава Минобрнауки Валерий Фальков.
Полина Болдырева