В современном мире действуют около 50 источников синхротронного излучения. В некоторых странах их насчитывается несколько. Например, в США в разное время работало 8 синхротронов, в Германии – 7, а в Японии – 5.

Что такое синхротрон? Это прибор, который заставляет заряженные элементарные частицы двигаться, обычно по круговым траекториям, ускоряя и удерживая их электрическим и магнитным полями. При движении с ускорением заряженные частицы начинают испускать электромагнитное излучение. Чем быстрее они движутся, тем больше энергия фотонов этого излучения, а значит, тем меньше длина волны. Чаще всего говоря об искусственном синхротронном излучении, имеют в виду рентгеновское излучение.

Длина рентгеновской волны в тысячи раз меньше, чем длина волны видимого света. Благодаря этому кристаллическая решетка атомов в материале действует на нее как обычная дифракционная решетка – рассеиваясь на ней, рентген создает на фотопластинке узоры из ярких пятен. По положению этих пятен можно в точности восстановить положение атомов в ячейке кристалла. Это и определяет круг применений синхротронного излучения: исследование атомарной структуры самых разных объектов, от белков и нуклеиновых кислот до сложных керамик и различных монослоев.

Выделяют синхротроны разных поколений:

 - I поколение источников синхротронного излучения – это ускорители, в которых синхротронное излучение возникает как побочный паразитный процесс. В миллион раз ярче рентгеновской трубки;

 - II поколение источников синхротронного излучения: первые источники, предназначенные для создания синхротронного излучения. В миллиард раз ярче рентгеновской трубки;

 - III поколение – это современные синхротроны, в триллион раз ярче рентгеновской трубки;

 - IV поколение – это уже импульсные источники, такие как лазеры на свободных электронах. На порядки ярче предыдущего поколения.

Синхротронное излучение ярче обычной рентгеновской трубки на много порядков. Это позволяет очень быстро получать структурную информацию, к тому же с высоким разрешением. 

Синхротрон – идеальный инструмент для исследований. Вспышка его излучения длится меньше миллиардной доли секунды и повторяется каждый период обращения пучка электронов. То есть с перерывом в несколько микросекунд. В «свете» этой вспышки удобно изучать интенсивные процессы, протекающие очень быстро. Например, «фотографировать» происходящее во взрывчатке в момент детонации. Сегодня синхротронное излучение применяется при исследовании материалов, в медицине и биотехнологиях.

Мало кто знает, что новосибирские ученые из Института ядерной физики СО РАН участвовали в создании крупнейшего в Великобритании синхротронного центра Diamond Light Source (DLS). Наш институт поставил британскому синхротрону 168 шестиполюсных магнитов и два сверхпроводящих вставочных устройства для рабочих линий I-12 и I-15. Первый кирпич в здание DLS в Южном Оксфордшире заложили в марте 2003 года, а 4 года спустя начали работать первые рабочие станции комплекса. Строительство обошлось в 260 млн фунтов. Сегодня годовой бюджет комплекса, включая затраты на исследования и эксплуатационные расходы, составляет 50 млн фунтов.

Более 40 % исследований, проводимых сегодня на британском ускорительном комплексе DLS, относятся к наукам о жизни. Здесь изучается атомная и молекулярная структура вирусов и бактерий, вызывающих заболевания человека и животных, исследуются клеточные процессы, приводящие к возникновению патологий, а фармакологические компании тестируют потенциальные лекарственные средства.

Diamond Light Source производит синхротронное излучение в диапазоне от рентгеновского до инфракрасного. Здесь работает 25 пользовательских станций разной специализации, еще 8 находятся в стадии разработки.

Огромные возможности синхротронного излучения сегодня широко используются в материаловедении и инженерии для создания новых материалов и эффективных и экологически чистых промышленных технологий.

Какие еще известные синхротроны есть в мире?

Синхротрон SESAME стал первым синхротронным источником на Ближнем и Среднем Востоке. Это совместный проект Бахрейна, Египта, Ирана, Израиля, Иордании, Кипра, Пакистана, Палестины и Турции. Он располагается в городе Аллан мухафазы Эль-Балка, Иордания. Энергия электронов в ускорителе достигает 2,5 гигаэлектронвольт, что сопоставимо с энергиями электронов в синхротроне Курчатовского института

Один из крупнейших китайских научных центров – Шанхайский центр синхротронного излучения – находится в парке высоких технологий Чжанцзян. Центр занимает площадь 200 тыс. м2 и выглядит как огромный стадион. Внутри – 3 ускорителя.

Недалеко от Барселоны находится источник синхротронного излучения третьего поколения ALBA. Ускорительный комплекс построен и эксплуатируется консорциумом CELLS и профинансирован правительством. Спектр его излучения захватывает диапазон от ультрафиолета до жесткого рентгена.

Advanced Light Source (ALS) – источник синхротронного излучения третьего поколения в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, США. Проект ALS был предложен еще в начале 1980-х. В марте 1993 года закончен запуск и наладка, в октябре того же года центр официально открыли. ALS представляет собой синхротрон периметром 196,8 м, рабочий диапазон энергий 1–1,9 ГэВ.

APS (Advanced Photon Source) – источник синхротронного излучения третьего поколения в Аргоннской национальной лаборатории, в 40 км от Чикаго, США. Этот ускорительный комплекс построен по традиционной схеме. Спектр его излучения закрывает диапазон от ультрафиолета до жесткого рентгена.

ASP, Australian Synchrotron Project расположен в пригороде Мельбурна, Клейтоне, на месте кинотеатра на колесах, рядом с научно-исследовательскими лабораториями компании Telstra и через дорогу от клейтонского кампуса университета Монаша. Открыт 31 июля 2007 года

BESSY. Исследовательское учреждение расположено в районе Берлина Адлерсхоф. Было основано 5 марта 1979 года, в настоящий момент BESSY II – единственный синхротрон третьго поколения в Германии. Получаемое синхротронное излучение используется как в науке, так и в промышленности.

CESR (англ. Cornell Electron Storage Ring) – электрон-позитронный коллайдер, работавший в 1979–2008 годах в Корнеллском университете, Итака, штат Нью-Йорк, США. В настоящее время используется как тестовый электронный синхротрон для задач ускорительной физики и как источник синхротронного излучения.

ce (CLS) – источник синхротронного излучения в Канаде на территории Университета Саскачевана. Всего здесь функционируют более 20 пользовательских экспериментальных станций с излучением от дальнего инфракрасного до рентгеновского.

DELTA (англ. Dortmund ELectron Test Accelerator) – ускорительный комплекс, источник синхротронного излучения третьего поколения, расположенный в Дортмунде, Германия. Создан и эксплуатируется с 1994 года силами Технического университета Дортмунда.

European Synchrotron Radiation Facility  (ESRF) – источник синхротронного излучения третьего поколения, расположенный в Гренобле, Франция. Комплекс построен в 1994 году совместными усилиями 19 стран (Австрии, Бельгии, Венгрии, Великобритании, Германии, Дании, Испании, Италии, Нидерландов, Норвегии, Польши, Португалии, Словакии, Финляндии, Франции, Чехии, Швейцарии, Швеции, Израиля). ESRF – самый высокоэнергетичный в Европе синхротрон среди источников синхротронного излучения. Годовой бюджет ESRF составляет около 80 млн евро, на нем постоянно работают более 600 человек, и еще более 3 500 ученых ежегодно посещают центр для проведения экспериментов на каналах вывода СИ.

Это не все, а самые известные источники синхротронного излучения, не считая российских. На самом деле прямо сейчас синхротронные эксперименты проводят в Европе, США, Японии, Китае, России, Армении, Австралии, Канаде, Бразилии, Тайвани, Таиланде, Сингапуре и даже в Индии. Современный синхротрон появится и Новосибирске.

Источники

Синхротроны мира
Все о Новостройках (vseon.com), 28/05/2019

Похожие новости

  • 29/10/2018

    Супер-фабрика С-тау

    ​В программе ОТР "Большая наука. Великое в малом" директор Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН академик Павел Логачев рассказал о том, какую роль в развитии научных исследований играет "Фабрика С-тау" и чем обусловлено ее название.
    585
  • 26/01/2019

    Как ученые ищут темную материю в недрах Земли

    Сотни миллионов лет назад минералы под земной поверхностью могли сохранять в себе следы загадочного вещества. Осталось только до них добраться. ​Больше двух десятков подземных лабораторий, разбросанных по всему миру, заняты поиском темной материи.
    740
  • 04/08/2016

    Что мешает развитию внутреннего рынка радиационных технологий?

    ​Ученые из институтов СО РАН, побывавшие в странах Юго-Восточной Азии, рассказывали о том, как простые продавцы рыбы на тамошних базарах с помощью нехитрой китайской "технологии" продлевали сроки хранения своего товара.
    976
  • 16/04/2019

    Восемь ответов на частые вопросы о СНЦ ВВОД

    Зачем нужен Сибирский национальный центр высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных — СНЦ ВВОД? Откуда придут деньги на его создание? Как этот проект связан с синхротроном СКИФ? С другими проектами «Академгородка 2.
    465
  • 11/12/2018

    Как ученым достучаться до власти?

    ​Академик РАН, научный руководитель Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН Сергей Алексеенко стал в этом году лауреатом международной премии «Глобальная энергия». Награда присуждается ему за подготовку теплофизических основ для создания современных энергетических и энергосберегающих технологий, которые позволяют проектировать экологически безопасные тепловые электростанции (за счет моделирования процессов горения газа, угля и жидкого топлива).
    1172
  • 12/04/2019

    Как сибирские ученые помогли человеку улететь к звездам

    ​12 апреля 1961 года Юрий Гагарин совершил первый полет в космос - добродушная улыбка летчика и его бодрое "Поехали!" стали триумфом советской космонавтики. Чтобы этот полет состоялся, ученые по всей стране ломали головы, как же сделать такую ракету, которая бы выдержала все опасности неизведанного космоса, - здесь не обошлось без идей ученых Сибирского отделения Академии наук.
    667
  • 23/09/2019

    Игра российских «-тронов»: построят ли «СКИФ»

    ​Судьба СКИФ под угрозой со стороны проекта Курчатовского института, считают академики Сибирского отделения РАН. На прошлой неделе общее его собрание выразило свою озабоченность в специальной резолюции.
    306
  • 28/10/2016

    Институциональный ландшафт российской физики глазами социологов

    ​Ученые Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» (НИУ ВШЭ) оценили научный капитал 39 физических институтов Российской академии наук (РАН). Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться в журнале Scientometrics.
    1876
  • 29/12/2017

    Области человеческих деятельности, в которых Россия входит в пятёрку лучших

    ​1. Сельское хозяйство. В 2010-е гг. Россия вернула себе позицию крупнейшего сельхозэкспортёра в мире, которую она занимала ещё в начале XX века. При этом Россия занимает лишь четвёртое место в мире по площади обрабатываемых сельхозземель.
    1253
  • 22/01/2019

    Зачем в Европе хотят построить новый коллайдер?

    ​Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) работает над концепцией нового коллайдера, который будет больше и мощнее ставшего знаменитым БАК. Разбираемся, для чего он нужен. В поисках Новой физикиКогда на Большом адронном коллайдере (БАК) был открыт бозон Хиггса, физики сразу заговорили, что теперь им необходима установка для более тщательного его изучения.
    1064