Ученые обсудили потенциал синхротронных и нейтронных исследований.
«Мы решили рассмотреть тему не только в контексте Сибирского кольцевого источника фотонов, который планируется к запуску в этом году, но и с учетом того, как синхротронные и нейтронные исследования раскрывают свой потенциал в других областях науки и технологий», - отметил президент РАН академик Геннадий Красников, открывая предканикулярное заседание Президиума РАН, посвященное установкам класса «мегасайенс».
Ученые подробно обсудили, как синхротронные и нейтронные исследования становятся фундаментом технологического лидерства страны. Открыл научную часть заседания президент НИЦ «Курчатовский институт» член-корреспондент РАН Михаил Ковальчук.
«Мы вступили в этап, когда начинаем пожинать результаты этой деятельности. Все площадки, возникшие в Советском Союзе, сегодня спасены, и это работающее национальное достояние», - подчеркнул он, перечислив проекты в Протвино, Гатчине, Дубне и Новосибирске.
Тему продолжил директор ФИЦ «Институт катализа имени Г.К.Борескова Сибирского отделения Российской академии наук» (ИК СО РАН) академик Валерий Бухтияров, рассказав о статусе и истории создания Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ). Он напомнил, что в феврале 2018 года Президент России Владимир Путин утвердил создание в Новосибирске новейшего источника синхротронного излучения, а в июле следующего года вышел соответствующий указ.
В декабре 2024 года был получен первый пучок в линейном ускорителе. Спустя несколько месяцев, в феврале 2025 года, специалисты осуществили перепуск пучка в бустер. И наконец, в мае того же года получен первый оборот в бустерном синхротроне. В декабре 2025 года СКИФ вышел на проектные параметры, пучок перепущен в накопитель. «В настоящий момент получен циркулирующий пучок при стабильном ускорении до 3 гигаэлектронвольт», - сообщил академик.
Валерий Бухтияров подчеркнул, что в ходе создания СКИФ приходилось принимать много нестандартных решений. «Если бы мы шли по правилам, по законодательству, так, как положено, то, скорее всего, в настоящий момент у нас ничего еще не было бы. Так, например, мы заключили два контракта с Институтом ядерной физики на создание инжектора и на создание накопителя еще до получения заключения Главгосэкспертизы России», - признался он.
Академик уточнил, что ускоритель сам по себе всего лишь инструмент, а главный интерес для научного сообщества представляют экспериментальные станции. Уже идут запуск основного накопителя и подготовка к началу экспериментов на семи станциях первой очереди, среди которых «Микрофокус», «Структурная диагностика», «Быстропротекающие процессы» и другие.
«Мы надеемся, что со следующего года начнется их промышленная эксплуатация», - отметил В.Бухтияров. Он назвал организации, координировавшие создание станций, - Институт гидродинамики им. М.А.Лаврентьева СО РАН, Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН, Институт сильноточной электроники СО РАН и Томский политехнический университет.
– Институт ядерной физики разработал и изготовил для вывода пучка на станции сверхпроводящие ондуляторы (от фр. onduler – «волноваться, колебаться») и вигглеры (от англ. wiggle - «вихлять, изгибаться») - уникальные устройства для генерации разных типов синхротронного излучения, - отметил академик и кратко представил характеристики каждой станции.
Директор Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» ИК СО РАН академик РАН Евгений Левичев подробно остановился на технических характеристиках СКИФ, подчеркнув один из важных параметров - эмиттанс.
Сверхвысокая яркость излучения достигается за счет получения сверхмалого поперечного фазового объема (эмиттанса) пучка электронов и использования специальных магнитных устройств для генерации синхротронного излучения. Чем меньше эмиттанс, тем компактнее и ярче получается пучок и тем больше у исследователей возможностей изучать разные объекты на микро- и наноуровнях.
«Сейчас у СКИФ эмиттанс меньше 100 пикометров на радиан - для сравнения, источник в Гренобле, лидер на 2019 год, когда мы начинали строительство, имеет эмиттанс 135 пикометров на радиан», - подчеркнул Евгений Борисович. Он отметил, что существующие технические решения позволяют в дальнейшем уменьшить этот параметр до 50 пикометров на радиан. По его словам, на СКИФ можно разместить до 46 исследовательских станций. «Создавая такую уникальную установку, многие компании в России научились делать оборудование для синхротронных исследований, мне кажется, нам сейчас важно не потерять темп и использовать эти компетенции для других подобных приборов», - резюмировал Е.Левичев.
Ученый, в частности, отметил, что все элементы ускорительного комплекса должны были быть выставлены в пространстве с очень высокой поперечной точностью (примерно 30-80 микрон - толщина человеческого волоса; и в продольном направлении 0,2-1 миллиметр). И все это на протяжении сотен метров! Для этого на СКИФ имеются более 600 специальных геодезических меток.
Член-корреспондент РАН Александр Благов представил исследовательскую установку «СИЛА» (Синхротронно-лазерный комплекс), которая вместе с реактором ПИК стояла у истоков научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных работ.
– Она не имеет аналогов в мире. В одной инфраструктуре мы создаем синхротронный источник с высокой энергией и рентгеновский лазер на свободных электронах. Это всё отечественные разработки, практически от начала до конца, - подчеркнул докладчик и информировал коллег о статусе реакторного комплекса ПИК в Гатчине, физический пуск которого состоялся в 2011 году, а энергетический - в 2021 году. Двадцать пять исследовательских станций реактора ПИК уже готовы к монтажу, часть из них монтируется прямо сейчас.
О перспективах установок ядерной медицины, запущенных в Курчатовском институте, рассказала его директор член-корреспондент РАН Юлия Дьякова.
Синхротронные и нейтронные методы находят применение в неожиданных областях. Так, с их помощью археологи научились извлекать скрытую информацию из артефактов, не разрушая их структуру, сообщила доктор исторических наук Екатерина Яцишина.
Завершая серию научных докладов, вице-президент РАН Степан Калмыков обозначил ключевые направления современной радиохимии: ядерная энергетика нового поколения, сохранение окружающей среды и ядерная медицина.
– Это три больших кита, которые выросли из нашего первого атомного проекта, - подчеркнул академик, отметив, что для всех трех критически необходимы синхротронные методы, позволяющие комбинировать анализ состава, внутренней структуры и физико-химических форм вещества.
Один из ярких примеров подобных исследований - совместная работа Московского государственного университета и Курчатовского института по изучению плутония. С помощью СИ исследователи впервые определили новые фазы плутония, рассказал академик. Работа имеет прямое отношение к безопасности атомной энергетики.
Андрей СУББОТИН
Обложка: new.ras.ru
