В наукограде Кольцово Новосибирской области началось строительство Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). СКИФ — источник рентгеновских лучей, не имеющий аналогов в мире, — обещает стать основой для многочисленных открытий в физике, химии, биологии и материаловедении.

В наукограде Кольцово Новосибирской области началось строительство Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). Это источник рентгеновских лучей, претендующий на мировой рекорд по яркости. С уникальной установкой смогут работать до 2000 ученых в год.

Рентгеновское зрение

Исследователям всегда есть что увидеть насквозь. Рентгеновское просвечивание — это дешевый и универсальный способ проследить структуру любого вещества вплоть до отдельных атомов. Понятно, что это хлеб насущный для физиков, химиков, материаловедов и специалистов по минералам. Свой интерес и у биологов: их занимают детали живых клеток, вирусы, биохимические молекулы (к слову, именно благодаря «X-лучам» когда-то была открыта знаменитая двойная спираль ДНК). А еще рентген позволяет буквально заглянуть внутрь археологической или палеонтологической находки, не разрушая ее при этом.

Понятно, что для таких экспериментов требуется что-нибудь посерьезнее рентгеновской трубки из ближайшей поликлиники. Чтобы высветить по-настоящему тонкие детали облучаемого объекта, излучение должно быть сконцентрировано в мощный и в то же время тонкий луч.

К счастью, ученым известен способ создавать такие лучи. «Просветители» обращают в свою пользу эффект, доставляющий немало хлопот исследователям элементарных частиц.

Ускоритель прогресса

Физики изучают свойства частиц, разгоняя их до околосветовых скоростей и заставляя сталкиваться друг с другом или с неподвижной мишенью. Заряженная частица в ускорителе движется в магнитном поле, искривляющем ее траекторию и не дающем вырваться за пределы установки. При этом частица испускает излучение, на которое тратится часть ее энергии. Этот эффект был предсказан в 1944 году советскими физиками Дмитрием Иваненко и Исааком Померанчуком, а уже в 1946-м его экспериментально обнаружили американские ученые. Это излучение называется синхротронным в честь синхротронов — самого распространенного класса ускорителей.

Для физиков, стремящихся сталкивать частицы на максимальной скорости, синхротронное излучение — досадная помеха, расходующий энергию паразитный эффект. А вот для тех, кто нуждается в мощных источниках рентгеновских лучей, оно просто находка. В итоге появился новый класс ускорителей, созданных специально как источники синхротронного излучения. Сейчас в мире несколько десятков подобных установок.

Когда целью ставится генерация рентгеновских лучей, нет смысла гнаться за рекордной энергией частиц. Поэтому все синхротронные источники ускоряют самые легкие из заряженных частиц — электроны. Да и энергия им придается по нынешним временам скромная: единицы гигаэлектронвольт (так, СКИФ будет ускорять электроны до 3 ГэВ). Для физиков, сталкивающих элементарные частицы, подобные цифры — позавчерашний день, и никаких новых эффектов на таких ускорителях не предвидится. Однако для синхротронного источника большего не требуется.

Куда более важна плотность, компактность электронного пучка. Электроны должны нестись по вакуумной трубе ускорителя, держась как можно ближе друг к другу. Тогда и испускаемый ими рентгеновский луч будет узким и, следовательно, ярким (поскольку его энергия придется на «солнечный зайчик» небольшой площади). Компактность пучка электронов характеризует особая величина — эмиттанс. Чем она меньше, тем лучше.

Синхротроны первого поколения имели довольно большой эмиттанс в сотни нанометров на радиан (нм∙рад), а работающие сегодня ускорители третьего поколения — уже в единицы. Рекорд среди действующих установок — 0,15 нм∙рад, он принадлежит европейскому комплексу ESRF-EBS. Однако новый отечественный ускоритель проектировщики относят к поколению 4+. Он сожмет свой электронный пучок до невиданного эмиттанса 0,075 нм∙рад. Дело довершат специальные магнитные устройства для генерации излучения. Все это сделает СКИФ сверхъярким источником рентгеновских лучей.

Такая яркость позволит ему очень быстро просвечивать мишень. Ученые смогут буквально в реальном времени следить за ходом химических реакций или, скажем, воздействием лекарства на патоген.

Еще одно преимущество СКИФа — способность быстро делать объемные, томографические рентгеновские снимки.

Портрет «скифа»

Весь комплекс займет более 30 га, а основное кольцо ускорителя будет иметь диаметр 150 метров. Это будет не туннель, а наземное сооружение, но толстые защитные стены уберегут людей от облучения. К кольцу будут подведены каналы для рентгеновских лучей, отводящие излучение к экспериментальным установкам. Самый длинный из них будет иметь протяженность в 70 метров.
К концу 2023 года ускоритель и первые шесть экспериментальных станций должны быть сданы «под ключ».

Министр науки и высшего образования России Валерий Фальков на торжественной церемонии 25 августа назвал круг задач, которые будут решаться на построенных в рамках первой очереди объектах. Среди них: расшифровка структуры биополимеров, механизмы функционирования живых организмов, передача наследственной информации, поведение вирусов, механизм действия лекарственных препаратов, создание новых материалов.

После запуска ускорителя будет приниматься решение о строительстве еще 24 станций. На каждой из них сможет единовременно работать 5–15 исследователей. Таким образом, 30 экспериментальных установок смогут единовременно обслужить до 450 исследователей, а за год — до 2000. К слову, ускоритель будет работать 270 суток чистого времени в год.

Бюджет проекта на 2020–2024 гг. составляет 37,1 млрд рублей. СКИФ входит в перечень научных установок класса «мегасайенс», заявленный в национальном проекте «Наука и университеты». Компанию ему составляет еще один будущий «рентгеновский» синхротрон — ИССИ-4, который планируется построить в наукограде Протвино. Также к «меганаучным» установкам относятся исследовательский реактор ПИК в Гатчине (запущенный в феврале 2021 года) и коллайдер NICA в Дубне (его планируется достроить в 2022-м). Можно рассчитывать, что уникальные возможности подобных установок позволят им стать центром притяжения для российских и зарубежных ученых.

Анатолий Глянцев​

Фото: пресс-служба правительства Новосибирской области

Похожие новости

  • 11/02/2021

    Наука выходит в поле: биотехнологический научно-образовательный центр поможет развитию АПК

    В конце января приступил к работе Сибирский биотехнологический научно-образовательный центр мирового уровня, созданный в нашем регионе в рамках национального проекта «Наука». Уже сегодня там идет работа над 46 прикладными проектами из самых разных областей.
    546
  • 17/10/2019

    Наука на понятном языке

    ​Седьмой фестиваль Nauka 0+ охватил Новосибирскую область.  Научная десятидневка впервые шагнула из Новосибирска в районы области. Одним из главных событий первого дня фестиваля стало открытие в минувшую пятницу в ГПНТБ СО РАН интерактивной выставки научных достижений.
    1062
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    6983
  • 01/02/2021

    ИК СО РАН запустил еженедельный онлайн-семинар для будущих пользователей ЦКП «СКИФ»

    Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования (ЛПСМИ) Института катализа СО РАН провела первую серию семинаров для объединения потенциальных отечественных пользователей ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» и обмена опытом по использованию синхротронного излучения (СИ) в различных областях науки.
    1122
  • 04/08/2020

    Лето исследований. Сразу несколько экспедиций отправились в Арктику

    Совместный проект ЮНЕСКО и Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова — плавучий университет, научно-исследовательское судно «Академик Николай Страхов» вошло в акваторию Баренцева моря, где более 20 студентов из МГУ и других российских вузов при поддержке Министерства образования и науки России будут изучать перспективы нефтегазоносности этого района.
    1549
  • 28/07/2021

    28 июля 2021 года в 11.00 состоится открытие мемориальной доски академику Дмитрию Кнорре

    ​Открытие состоится в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в новосибирском Академгородке. В Год науки и технологии память великого ученого, которому исполнилось бы 95 лет, увековечат на стенах созданной им научной организации.
    543
  • 17/09/2021

    «Новые аспекты химии и биотехнологий»: прошла научно-исследовательская экспедиция в г. Карасук Новосибирской области

    ​С 10 по 12 сентября прошла первая научно-исследовательская экспедиция в г. Карасук «Новые аспекты химии и биотехнологий», организованная Региональным центром «Альтаир». Экспедиция проводилась с целью формирования патриотизма и интереса к естественно-научным дисциплинам посредством вовлечения в туристско-краеведческую, научно-исследовательскую деятельность, позволяющую ближе познакомиться с экологией родного края, глубже понять связь и особенности природы и закономерности природопользования во взаимосвязи с химией и биотехнологией.
    303
  • 29/03/2021

    Российская наука, американский бизнес, китайская клиника

    Нейтронный источник для бор-нейтронозахватной терапии рака разработали ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН в сотрудничестве с американской компанией TAE Life Sciences.
    806
  • 19/03/2021

    Грибная медицина: сибирские грибы против вирусов

    ​В ноябре 2020 г. в журнале «НАУКА из первых рук» была опубликована информация, что экстракт березового гриба (чаги) в экспериментальных исследованиях показал высокую эффективность против возбудителя новой коронавирусной инфекции SARS-CoV-2.
    818
  • 19/07/2021

    «Альтаир» приглашает в экспедицию

    Региональный центр «Альтаир» с 10 по 12 сентября организует научно-исследовательскую экспедицию «Новые аспекты химии и биотехнологий» в Карасуке. Это позволит школьникам ближе познакомиться с экологией родного края, глубже понять связь и особенности природы и закономерности природопользования во взаимосвязи с химией и биотехнологией.
    516