Синхротрон за 37 миллиардов рублей построят под Новосибирском, работы начнутся весной 2020 года. Официальное название будущей флагманской установки класса mega science — «Сибирский кольцевой источник фотонов» («СКИФ»), она станет самой совершенной в мире. Зачем ученым понадобилось ускорять частицы за такие астрономические деньги и что даст в перспективе синхротронное излучение?

Синхротрон — один из типов циклических ускорителей с кольцевой вакуумной камерой, в которой частицы ускоряются практически до скорости света, а стоящие на их пути мощные электромагниты задают траекторию движения. В результате возникает синхротронное излучение — мощнейший рентген, который позволяет изучать структуру любого вещества вплоть до атомов.

Зачем нужен ускоритель

«Сибирский кольцевой источник фотонов» призван вернуть новосибирский Академгородок на фронтир мировой науки, говорит доктор физико-математических наук и заместитель руководителя проектного офиса Центра коллективного пользования «СКИФ» Ян Зубавичус. 

Класс синхротрона определяется качеством генерируемого излучения. Будущая установка относится к поколению «4+», что делает ее самой совершенной по своим параметрам на планете. Сейчас в России работают только синхротроны первого поколения, они появились еще в 70-х годах и сильно устарели, поэтому появление «СКИФ» станет настоящим прорывом.

«Синхротрон — универсальный инструмент для решения задач в прикладной и фундаментальной науке. Многие страны вкладывают деньги в исследования с помощью синхротронного излучения, Россия не имеет права отставать, это вопрос политического престижа. Фактически, строительство таких комплексов — фактор технологической независимости», — считает ученый.

По словам Зубавичуса, четвертое поколение — «потолок» технологии, в ближайшее время улучшить параметры синхротронов будет крайне тяжело. Сейчас в мире работает только один синхротронный источник четвертого поколения — в Швеции. Идет стройка в Бразилии, кроме этого, во Франции синхротрон третьего поколения модернизируют до четвертого.

Какие открытия впереди

От коллайдера синхротрон отличается своим прикладным значением — его излучение позволяет проводить полезные даже на бытовом уровне исследования, тогда как на коллайдере пытаются разгадать тайны мироздания, имеющие весьма отдаленное отношение к обычной жизни, подчеркивает Зубавичус.

Например, на установке можно будет изучать действие лекарств, новые материалы, исторические артефакты, музейные экспонаты, а также различные устройства, включая аккумуляторы и батарейки, гибкие сенсорные экраны, самоочищающиеся покрытия, полимеры, каталитические конверторы для автомобилей.

«Установка ускоряет частицы до очень высокой энергии — 3 ГэВ, такую энергию мог бы получить электрон, пройдя разность потенциалов в 1 миллиард вольт. Одновременно магниты сжимают пучок в поперечном сечении, в итоге генерируемый фотонный луч оказывается очень узким и остронаправленным, его можно сравнить с лазерной указкой», — рассказывает ученый.

В результате размер такого фотонного пучка может быть порядка десяти нанометров при длине волны меньше ангстрема. Зубавичус отмечает, что методами просвечивания или дифракции можно изучать любые материалы на атомном уровне или быстропротекающие процессы в реальном времени. Установка — фактически мощнейший гигантский микроскоп.

Что построят под Новосибирском

«СКИФ» построят в наукограде Кольцово, он будет включать ускорительный комплекс, а также экспериментальные станции и лабораторный корпус. Основное здание будет представлять круг диаметром около 230 метров, внутри которого и поместят ускорительный комплекс, состоящий из линейного ускорителя, бустера и основного кольца. 

 
Фото: © srf-skif.ru

На кольце установят специальные устройства, генерирующие синхротронное излучение, вокруг возведут стену биологической охраны для защиты персонала — синхротронное излучение в триллионы раз ярче, чем то, которое можно получить с помощью обычной рентгеновской трубки. Несмотря на сильную радиацию, местному населению опасаться синхротрона не стоит. 

«Вокруг подобных установок ходит много мифов. Несмотря на то, что излучение рентгеновское — установка абсолютно безопасна, исследователи могут находиться рядом с установкой без риска для здоровья, — подчеркивает Зубавичус. — Экскурсии школьников и просто интересующихся наукой по экспериментальным залам синхротронных центров в мире — повседневная практика».

Корпуса для размещения специализированных станций будут прилегать к гигантскому кольцу. Здесь установят экспериментальное оборудование, которое сможет анализировать воздействие синхротронного излучения на объекты или процессы. Вокруг «СКИФ» могут разместить 30 экспериментальных станций, но строить их будут постепенно, в первой очереди их всего шесть.

Предполагаемая предельная стоимость «СКИФ» — порядка 37 миллиардов рублей. Согласно постановлению правительства средства распределят по годам следующим образом: 2020 год — 1 миллиард рублей, 2021 год — 3,4 миллиардов, 2022 год — 10,5 миллиардов, 2023 год — 12,9 миллиардов, 2024 год — 9,3 миллиардов.

«Почему установка выходит такой дорогой? Главная причина — огромный ускоритель, нашпигованный сложным оборудованием, в том числе мощными электромагнитами, прецизионными источниками питания, измерительными датчиками, контрольной электроникой», — перечисляет Зубавичус.

 
Фото: Первый этаж основного здания (концептуальный строительный проект) © inp.nsk.su

При этом примерно 80% оборудования для синхротрона планируется произвести в России. По оценке ученого, новосибирские специалисты обладают всеми необходимыми компетенциями. Например, в ИЯФ СО РАН спроектируют и изготовят ускорительный комплекс, включающий линейный ускоритель, бустер и основное кольцо-накопитель.

«Самое сложное — исследовательское оборудование для установок и лабораторий, часть которого придется покупать за рубежом. Однако есть предпосылки для возрождения отрасли научного приборостроения в России, такие проекты здорово в этом помогут», — заключает Зубавичус.

Олег Чернов

Похожие новости

  • 27/03/2017

    Новосибирские ученые создали материал, обеспечивающий 30 лет непрерывной работы химического реактора

    Ученые из Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН и Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) создали новую технологию сплавления титана и тантала, в результате чего получили особо стойкий к коррозии и агрессивным средам материал.
    2622
  • 25/06/2019

    Что даст Новосибирску СКИФ?

    ​Новосибирск входит в эпоху крупных инфраструктурных проектов. В ближайщей пятилетке развития — строительство ЛДС к молодёжному чемпионату и проект Академгородок 2.0. Индекс «2.
    568
  • 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.
    1439
  • 25/05/2018

    Фокусирующий аэрогель поможет распознать частицы в экспериментах на будущем новосибирском коллайдере

    ​Ученые Института ядерной физики им Г.И. Будкера СО РАН разработали проект системы идентификации частиц для экспериментов на будущем новосибирском коллайдере - Супер С-Тау фабрике. Это одна из ключевых систем планируемой установки, она позволит с высокой надежностью определять типы рождающихся в эксперименте частиц.
    1083
  • 30/08/2018

    Новосибирские ученые знают, как разбить древность на атомы

    Озера, древние книги, иконы, кости мамонтовой фауны или доисторического человека, деревянные колоды из погребений и даже болотный торф - все эти объекты можно точно датировать, определить время их создания, появления на свет или, если речь идет о живом существе, период обитания на Земле.
    981
  • 16/10/2017

    Пассажиров аэропорта Дели проверяет техника, разработанная учеными ИЯФ СО РАН

    Система рентгенографических сканеров Express Inspection, совместной разработкой которых занимался Новосибирский Институт ядерной физики им Г. И. Будкера СО РАН и Орловский завод «Научприбор», проходит апробацию в Индии.
    1170
  • 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.
    983
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    582
  • 17/09/2018

    Большой адронный коллайдер и фундаментальные вопросы науки

    Россия пока не получила ни одного заказа при модернизации Большого адронного коллайдера, хотя раньше без нее ЦЕРН обойтись в принципе не мог. Ровно десять лет назад в Европейской лаборатории ядерных исследований (ЦЕРН) был запущен Большой адронный коллайдер.
    1626
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    1030