Источник: «Наука в Сибири»

Команда Проектного офиса центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» объявила о готовности эскизного проект первых шести экспериментальных станций. Ученые рассказали, какие исследования будут проводиться на этих станциях и какие проблемы еще предстоит решить.

ЦКП СКИФ будет включать в себя ускорительный комплекс и пользовательское оборудование экспериментальных станций и лабораторного комплекса в здании с наружным диаметром более 200 метров. В нем будут расположены помещения с дополнительными приборами для подготовки проб и сопутствующих исследований. Базироваться комплекс будет в наукограде Кольцово. СКИФ относится к четвертому поколению источников синхротронного излучения, энергия электронов составит 3 ГэВ, а эмиттанс (величина, определяющая яркость источника) — менее 190 пкм рад, благодаря чему будет возможно получить яркий и узконаправленный пучок СИ. Это позволит уменьшить время, необходимое для сбора данных с образца, чтобы изучать быстропротекающие процессы, а также живые объекты. Кроме того, узконаправленный пучок сможет точечно сканировать образец, собирая информацию о структуре и составе вещества с пространственным разрешением до сотен и десятков ангстрем. Сейчас подобных источников в мире существуют единицы. Близким к СКИФу аналогом по параметрам является синхротрон MАХ IV (Швеция) и источник «Сириус» (Бразилия).

«Пользовательская инфраструктура СКИФа проектируется большим консорциумом организаций. Это и исследовательские институты СО РАН, и ведущие региональные вузы. Сейчас мы активно работаем по привлечению в наш проект других коллег, в частности планируем посетить Томский и Красноярский научные центры. В рамках проекта ЦКП СКИФ будет построено 30 исследовательских станций, использующих разные рентгеновские методики для решения разных задач. В проект первой очереди входит шесть экспериментальных станций, которые, на наш взгляд, достаточно обоснованы: наиболее востребованы, наиболее подготовлены, легче всего реализуемы. Будут доступны основные рентгеновские методы: рентген-дифракционные для структурного анализа, использование микронанопучков для построения карт химического состава, исследование локальных свойств материалов, методы, использующие мягкий рентгеновский диапазон», — рассказал заведующий лабораторией перспективных синхротронных методов исследования Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, заместитель руководителя Проектного офиса ЦКП СКИФ доктор физико-математических наук Ян Витаутасович Зубавичус.

Ян Витаутасович Зубавичус

В числе первых планируется построить следующие станции: «Микрофокус», на которой можно будет получать пучки микро- и наноразмеров; «Структурная диагностика» — для проведения различных видов рентгеноструктурного анализа; «Исследование быстропротекающих процессов» — для изучения ударно-волновых, гиперзвуковых и взрывных процессов. На станции «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» ученые займутся исследованием локальной и магнитной структуры вещества. На станции «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» будут получать контрастные изображения высокого разрешения крупных объектов, например, геологических образцов или лабораторных животных. «Электронная структура» станет единственной, работающей в мягком рентгеновском диапазоне. Она позволит исследовать химический состав и состояние атомов на поверхности катализаторов и материалов современной электроники.

По словам Яна Зубавичуса, в ближайшие два года будет осуществляться проработка технического проекта всего ЦКП СКИФ: строительного проекта здания, ускорительно-накопительного комплекса, самого ускорителя — источника синхротронного излучения, пользовательской инфраструктуры, включающей исследовательские станции и лабораторный корпус. Когда проект будет утвержден, он получит финансирование — сумму порядка 500 миллионов рублей. Совместно с генеральной проектной организацией, которая будет выбрана на основании конкурса, ученые должны подготовить детально обоснованный технический проект: с чертежами, описаниями технических характеристик всех узлов оборудования. Строительство запланировано на 2021 год, а запуск первой очереди — на 2024-й.

За создание ускорительно-накопительного комплекса отвечает ИЯФ СО РАН, а Институт катализа СО РАН, как научный институт с большим опытом использования источников синхротронного излучения, был выбран в качестве координатора этой деятельности. «Приоритет должен быть отдан именно пользовательскому сообществу, потому что синхротрон просто как источник никому не интересен, он должен использоваться как инструмент, как инфраструктурная поддержка проведения исследований во всем регионе, во всей стране»,— прокомментировал Ян Зубавичус.

«У нас планируется создание отечественной сетевой инфраструктуры синхротронных и нейтронных исследований, которая будет базироваться на трех машинах: ИССИ-4 — с энергией 6 ГэВ (НИЦ “Курчатовский институт”), СКИФ — с энергией 3 ГэВ и специализированный объект на острове Русский (сейчас идет определение задач и выбор проектных параметров этой машины), — рассказал помощник директора ИЯФ СО РАН по перспективным проектам, руководитель Проектного офиса ЦКП СКИФ, кандидат физико-математических наук Яков Валерьевич Ракшун. — Разность энергетических параметров основывается на том, что на ИССИ-4 можно будет очень хорошо проводить исследования с жестким рентгеновским излучением, затрагивая средний диапазон. У нас машина будет работать в основном со средним диапазоном, а также частично — с жестким и мягким. Так что машины немного друг друга перекрывают, но у каждой есть своя ниша с точки зрения энергетического диапазона и региональных особенностей. Например, у нас с использованием синхротронного излучения проводится очень много работ по химии катализа, а в Москве много биологических работ».

Яков Валерьевич Ракшун

Возможность работать с мягким энергетическим диапазоном СИ (необходимым для изучения тонких химических и биологическим материй) позволит сибирским ученым значительно расширить спектр биологических исследований. С ним будет целенаправленно работать одна экспериментальная станция, на двух других также создаются секции для исследования белков. В рамках второй очереди проекта предполагается создание специализированной станции для ГНЦ ВБ «Вектор».

«Мы планируем выйти на предельно возможные параметры для машин четвертого поколения. Так, предполагается, что эмиттанс на нашем синхротроне будет в разы меньше, чем на MАХ IV, и очень близко к предельным параметрам. У нас есть важное конкурентное преимущество по сравнению с другими машинами — нам не надо “апгрейдить”, встраиваться в существующую структуру. А у нас проект “чистого поля”, мы с самого начала закладываем возможности использования этой машины для экспериментальных станций», — отметил Яков Ракшун.

Отдельно стоит вопрос о подготовке кадров для ЦКП. По приблизительным подсчетам, для создания, обеспечения и эффективного функционирования первой очереди ЦКП СКИФ потребуется порядка ста научных сотрудников, а также около двухсот инженеров и лаборантов. Нужны специалисты в области СИ и люди, которые разбираются в электронике, информационных технологиях, системах обработки данных, передачи информационных сигналов. Их необходимо начинать готовить уже сейчас.

В Новосибирском государственном университете запущена междисциплинарная магистерская программа «Методическое обеспечение физико-химических исследований конденсированных фаз». Здесь готовят специалистов, способных работать на стыке дисциплин (физики, химии, биологии, археологии), на современном уровне исследуя структуру и свойства перспективных объектов. Первый набор в магистратуру прошел в 2018—2019 учебном году — студентами новой программы стали шесть человек с физического факультета и факультета естественных наук НГУ. Рабочая группа проекта ЦКП СКИФ ведет переговоры и с другими вузами. Так, в Новосибирском государственном техническом университете готовят специалистов инженерных специальностей высокой квалификации, которые смогут обеспечить работу синхротрона. Не исключено, что там появятся дополнительные программы подготовки. 

«Представители научных организаций заинтересованы в использовании синхротронного источника, понимают, что текущие проекты создания сети национальных источников СИ — это очень своевременная мера, действительно, вопрос перезрел. Круг решаемых задач большой, а востребованность таких исследований высокая», — отметил Ян Зубавичус.

«СКИФ является одним из флагманских проектов “Академгородка 2:0”. От того, насколько успешно, эффективно и динамично, в соответствии с намеченными дорожными картами, будет реализовываться проект, зависит успех старта всей этой программы, — сказал министр науки и инновационной политики Новосибирской области Алексей Владимирович Васильев. — Если проанализировать результаты, которые наши российские ученые получают с использованием СИ — это большой объем, сотни публикаций в год. И заметная их часть делается на зарубежных установках. Именно поэтому очень актуально появление сети синхротронных источников, один из которых создается здесь. Не будет преувеличением сказать, что практически все области наук, так или иначе, имеют задачи, для решения которых нужен этот современный инструмент». 

Текст: Диана Хомякова, "Наука в Сибири"

Фото Александры Федосеевой