Проект «Сибирский. Новостной» продолжает рассказывать о достижениях в науке, градостроительстве, технике – обо всём, что сотворено руками и гением человека, чем могут гордиться сибиряки. Сегодня в зоне нашего внимания оказался кольцевой источник фотонов. Это – не просто установка класса «мегасайенс». Это – символ возрождения российской науки, выросший среди реликтовых лесов Кольцово. Рассказываем о проекте, который позволит заглянуть в атомное сердце материи.
После повествования о новосибирском Академгородке – городе учёных, где лаборатории соседствуют с лосиными тропами – мы отправляемся в наукоград Кольцово.
Здесь, среди тех же вековых сосен, вырастает амбициозное детище ИЯФ СО РАН – Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов», ЦКП «СКИФ». И это – не просто установка. Это – гигантский «микроскоп» размером с футбольное поле, способный раскрывать тайны ДНК, материалов будущего и древних артефактов.
Кольцо света в сибирской тайге
История СКИФа началась в 2018 году, когда президент Владимир Путин на заседании Совета по науке в новосибирском Академгородке поддержал идею сибирских физиков.
Владимир Путин предложил учёным обсудить, на что должна быть нацелена большая наука. Фото: Константин Завражин/РГ
Но путь от концепции к бетону и стали оказался испытанием. Санкции 2022 года могли похоронить проект – аналогичные установки в Европе и США десятилетиями строились с международной кооперацией. Однако кризис стал катализатором прорыва: учёные ИЯФ СО РАН создали 11 принципиально новых технологий с нуля, включая уникальные вакуумные затворы и детекторы.
Стройка стартовала в августе 2021 года. Сегодня над лесом возвышается кольцевое здание диаметром 226 м, где уже смонтированы стальные фермы из гнутого двутавра – их изгибали с ювелирной точностью, чтобы повторить кривизну синхротрона. В декабре 2024 года здесь заработал линейный ускоритель электронов – «стартовая пушка» комплекса.
Павел Логачёв. Фото: sbras.ru
«Установка создана полностью из отечественных компонентов, что ранее было под силу только США и ЕС», – подчеркнул директор ИЯФ СО РАН Павел Логачёв.
Зачем учёным «свет в тысячу солнц»?
Принцип работы СКИФа звучит как фантастика: электроны разгоняются до скорости света в 476-метровом кольце, а на поворотах излучают рентгеновские лучи невероятной яркости. Эти лучи — ключ к самым сокровенным тайнам материи. Они направляются на специализированные экспериментальные станции, где творят чудеса. С их помощью можно буквально «фотографировать» вирусы и белки в мельчайших деталях, что открывает революционные возможности для создания новых, более эффективных и безопасных лекарств.
Они позволяют анализировать структуру сплавов на атомном уровне, что критически важно для разработки материалов для сверхпрочной авиации и надёжной космической техники будущего. И даже древние, хрупкие манускрипты, которые боятся прикосновения руки, смогут быть исследованы этим лучом без малейшего вреда – СКИФ прочтёт их тайные тексты, не повреждая истончившиеся чернила.
«Уникальность СКИФа – в беспрецедентно малом эмиттансе (менее 100 пм·рад). Это как сфокусировать луч в игольное ушко. Мы увидим атомы так чётко, как никогда», - поясняет Яков Ракшун, физик ИЯФ СО РАН.
Будучи установкой поколения 4+, СКИФ превзойдёт мировые аналоги по двум ключевым параметрам: невероятной яркости излучения (порядка 10²² фотонов в секунду на квадратный миллиметр) и высокой энергии в 3 ГэВ.
Как защищают синхротрон
Одна из самых впечатляющих разработок для СКИФа – сверхбыстрые вакуумные затворы. Внутри ускорителя создаётся вакуум, глубина которого в триллионы раз превосходит космический. Малейшая утечка воздуха способна вызвать катастрофу.
Александр Кривенко и аварийные шиберы ЦКП «СКИФ». Фото: Анна Плис/ ЦКП «СКИФ».
Российские затворы – настоящие стражи вакуума. Они срабатывают за фантастические 15 миллисекунд – быстрее, чем человек успевает моргнуть. Как это работает? Специальный датчик на тлеющем разряде мгновенно ловит малейший скачок давления. Электроника, специально защищённая от мощнейшей радиации внутри кольца, обрабатывает сигнал за доли мгновения. И тогда тяжёлый стальной «щит» буквально падает, герметично блокируя аварийный участок камеры. При этом инженерам пришлось решить сложнейшую задачу гашения ударной нагрузки механизма, иначе сама конструкция могла разрушиться от собственной силы.
«Всё – от металла до программного обеспечения – наше, российское», - с гордостью отмечает инженер Александр Кривенко. Похожие системы есть лишь у одной немецкой компании, но их электроника просто не выдержала бы радиационной нагрузки внутри СКИФа.
Параллельно томские учёные совершили ещё один прорыв, создав первый в России детектор на арсениде галлия. Он предназначен для станции «Быстропротекающие процессы» и обладает феноменальной скоростью: способен снимать до 10 миллионов кадров в секунду! Это позволит фиксировать такие молниеносные явления, как взрывы наночастиц или распространение ударных волн в материалах.
От археологии до квантов
К 2025 году планируется запустить первые 6 уникальных экспериментальных станций из 30 запланированных. Каждая из них – это целый мир возможностей, отдельная высокотехнологичная лаборатория. Например, станция «Микрофокус» станет мастерской нанотехнологов и химиков, где луч будет фокусироваться до невероятных 100 нанометров, позволяя изучать мельчайшие наночастицы и катализаторы.
Станция «Структурная диагностика» займётся кристаллами и сплавами, выполняя их 3D-сканирование без разрушения образцов – мечта материаловедов. А «XAFS-спектроскопия» позволит наблюдать химические реакции буквально в реальном времени, как в замедленном кино.
«Представьте: вы вводите мыши экспериментальный препарат и видите на экране, как его молекулы связываются с белками в её печени. Так создают лекарства нового поколения, почти без побочных эффектов», - описывает возможности Ян Зубавичус, заведующий лабораторией ИК СО РАН.
Одна из героинь, что делают нашу жизнь лучше. Фото: ridus.ru
Но горизонты СКИФа гораздо шире биологии. На станции «Электронная структура» физики будут расшифровывать загадочные свойства материалов, необходимых для создания квантовых компьютеров – машин, способных перевернуть наше будущее. Археологи же получат в руки невиданный инструмент: они смогут «прочесть» обугленные свитки времен античности или средневековья, не рискуя развернуть и уничтожить их хрупкие страницы. СКИФ станет мостом между прошлым и будущим.
Академгородок 2.0
Связь СКИФа с легендарным Академгородком не только географическая. Гораздо важнее духовная и интеллектуальная преемственность. СКИФ строят прямые наследники школы Михаила Лаврентьева – физики Института ядерной физики СО РАН, те самые, что еще в 1960-х создавали первые в СССР коллайдеры, воплощая смелые идеи в металле среди сибирских сосен. Как и полвека назад, грандиозный проект объединил под своим куполом учёных, инженеров, конструкторов и студентов.
Уже сегодня в Новосибирском государственном университете и Новосибирском государственном техническом университете активно готовят специалистов по новым программам «Синхротронные методы» и «Автоматизация физического эксперимента», чтобы они могли работать на уникальном оборудовании СКИФа.
НГТУ – активный участник проекта по созданию источника синхротронного излучения. Фото: en.nstu.ru
«Студенты физико-технического факультета НГТУ сегодня не просто учатся – они уже проектируют реальное оборудование для будущих станций СКИФа. Это удивительно напоминает дух 1958 года, когда молодежь с энтузиазмом строила Академгородок. Как и тогда, молодёжь строит будущее своими руками», - отмечает декан факультета Игорь Корель.
Он добавляет, что СКИФ – это воплощённая мечта Лаврентьева о науке, устремлённой вперед, создаваемой молодыми и талантливыми.
Испытание временем
Первоначально полный запуск СКИФа намечался на 2024 год, но внешнеполитические события и связанные с ними санкции внесли свои коррективы. Однако проект не остановился. Правительство РФ выделило дополнительно 3,5 миллиарда рублей, доведя общий бюджет до 47,3 миллиардов.
«Сложность в том, что некоторые критические системы, такие как те же вакуумные затворы или радиационно-стойкая электроника, пришлось разрабатывать буквально с нуля, без возможности опереться на иностранные аналоги или документацию», - пояснил губернатор Новосибирской области Андрей Травников.
Фото: Пресс-служба проектного офиса «Десятилетие науки и технологий»
Финал этой сибирской саги о свете и знаниях ещё не написан, но ключевые вехи уже видны: в феврале 2025 года планируется запустить бустерный синхротрон (промежуточный ускоритель), а к декабрю того же года – основное накопительное кольцо. Но уже сейчас ясно, что СКИФ станет гораздо больше, чем просто «машиной открытий».
Он превращается в мощный символ сибирского научного ренессанса. Как и его великий предшественник – Академгородок – он рождался посреди леса, преодолевая вызовы времени и политики. И как тогда, его создатели верят в простую истину: самые смелые человеческие мечты о познании мира вырастают и воплощаются именно здесь, в удивительной гармонии человеческого гения и вечной сибирской тайги.
Заглавное фото: общий вид комплекса СКИФ. Источник ese.pro
