В Сибири появится свой СКИФ

В городе-спутнике Новосибирска наукограде Кольцово скоро заработает уникальная установка — Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ). В ходе пресс-тура, организованного в рамках нацпроекта «Десятилетие науки и технологий», нам удалось побывать в Институте ядерной физики СО РАН им. Г. И. Будкера, где создаётся оборудование для ускорителя, и расспросить академика Павла Логачёва, директора ИЯФ, о новой установке.

— Павел Владимирович, расскажите про СКИФ — что это такое и зачем он нужен?

— СКИФ — это Сибирский кольцевой источник фотонов, ускоритель, в котором формируется синхротронное излучение, используемое учёными для самых разных исследований. Мы сейчас как раз находимся в экспериментальном зале, где запускаются самые сложные части будущего комплекса. Синхротронное излучение обладает уникальными свойствами и проникает глубоко в объект за счёт короткой длины волны, которая легко перестраивается в широком диапазоне спектра. Это даёт уникальные возможности многим исследователям — в биологии, химии, медицине, физике твёрдого тела и так далее. Специалисты всех этих направлений активно используют синхротронное излучение.

— О чём конкретно идёт речь?

— Например, этот инструмент позволяет увидеть отдельные атомы в составе сложной органической молекулы, наблюдать в динамике, как атом переходит из одного места молекулы в другое, как происходит реакция. Это «кино», которое позволяет видеть квантовые объекты.

— Получается, что СКИФ — это микроскоп?

— В определённом смысле. В микроскопе пучок света проходит сквозь образец, а свет — это электромагнитная волна. Принцип работы микроскопа заключается в том, что размер изучаемого объекта должен быть больше, чем длина волны. Так вот, длина волны синхротронного излучения может достигать одного ангстрема — это как раз размер атома.

Павел Логачёв, директор ИЯФ СО РАН им. Г. И. Будкера. Фото: Андрей Афанасьев.

Синхротрон генерирует очень яркое излучение, прежде всего, в рентгеновском диапазоне. Синхротронное излучение используется практически во всех научных направлениях. С его помощью можно, например, исследовать кристаллы белков живых организмов, наблюдать за действием биологически активных молекул для создания лекарственных препаратов. Можно также исследовать химические процессы — например, с целью отслеживания экологической обстановки, определения вредности выбросов промышленных предприятий, автомобильного транспорта, отравляющих веществ в придорожной пыли или в сточных водах. Синхротронное излучение позволяет исследовать конструкционные материалы для улучшения их функциональных характеристик, повышения износостойкости и прочности. Синхротронное излучение — это необъятное поле для множества приложений.

— Расскажите подробнее, что происходит в этом зале?

— В этом зале создаётся оборудование, которое входит в состав ускорительного комплекса. Здесь и будет рождаться синхротронное излучение. Перед вами сложная многополюсная магнитная структура, которая позволяет пучку двигаться по искривлённым орбитам, и в точках искривления генерируется яркое рентгеновское излучение. Всё это оборудование создано специалистами Института ядерной физики, который является технологическим лидером в области создания источников синхротронного излучения. Но устройства, которые мы здесь видим, — это вершина айсберга, лишь небольшая часть оборудования, которое понадобятся для того, чтобы СКИФ заработал.

Зал, где собираются установки будущего ускорителя СКИФ. Фото Андрея Афанасьева.

— А когда начался проект?

— Проект СКИФ реализуется с 2018 года. Сначала мы прошли длительный «бумажный» этап работы, а с 2021 года началось реальное создание установки. Сейчас на территории около тридцати гектаров возводится 34 здания разного профиля. Среди них основные сооружения, где разместится ускорительный комплекс, а также вспомогательные здания, которые будут обеспечивать электропитание инженерных систем, работу лабораторий, административный корпус. Некоторые экспериментальные установки, располагающиеся вокруг исследовательского кольца, также будут занимать отдельные здания. До начала работы нам осталось чуть больше года.

— Почему именно ваш институт стал основным исполнителем работ по изготовлению оборудования?

— Возможность создания подобного ускорительного комплекса определяется опытом наших сотрудников. В Институте ядерной физики создавались, модернизировались и эксплуатировались установки на встречных электрон-позитронных пучках, или коллайдерах. Всего в мире сегодня работает семь коллайдеров, два из них — на территории нашего института. Только благодаря этому сегодня мы имеем самый передовой в мире опыт по созданию устройств для генерации синхротронного излучения. Мы создаём синхротроны с предельно маленьким размером электронного пучка. Всё это — благодаря фундаментальной науке, то есть развитию в ИЯФ физики высоких энергий.

Стойки с аппаратурой, обеспечивающей работу некоторых узлов ускорителя. Фото Андрея Афанасьева.

— Что вам всё это даст в практическом смысле?

— Для нас, Института ядерной физики, это некая научная благотворительность. Мы делаем то, что нужно другим. В ИЯФ, конечно, тоже проводятся исследования с синхротронным излучением, но в них задействованы примерно 10–20% научного коллектива, а в создании СКИФ участвует весь ИЯФ.

— Есть ли в мире нечто подобное?

— Подобные установки создаются в США, Японии, Китае, Европе. Но таких параметров, которые будут в нашем проекте, сегодня нет ни у кого.

— В чём их уникальность?

— В яркости. В малом размере электронного пучка и в очень точных и качественных устройствах формирования синхротронного излучения.

— Как можно будет попасть на эту установку учёным из других институтов?

— Источники синхротронного излучения — это крупные установки класса мегасайенс, предназначенные для проведения междисциплинарных исследований. СКИФ будет открыт для любых научных групп из России и зарубежных стран. Для этого необходимо написать заявку, описать свою научную идею, приехать и провести эксперимент.

— Насколько всё это безопасно? Ведь речь идёт о рентгеновском излучении.

— Наверное, вы обратили внимание на то, какие здесь толстые двери. Это специальный радиационно-защищённый зал. Регламенты безопасности разработаны таким образом, что получить дозу облучения в принципе невозможно. Поэтому опасности для людей и природы нет.

— Павел Владимирович, то, что кольцевой источник фотонов строится именно в Кольцово — это не случайно? Установку назвали в честь города или наоборот?

— Это, конечно, просто совпадение. Но весьма удачное.