Луч света мощнее Солнца: зачем России гигантский СКИФ и как он изменит нашу жизнь
2 608
Фото, видео: Кирилл Кухмарь, Соловьева Кристина/ТАСС; t.me/srfskif/СКИФ
Перейти в Дзен
Есть новость?
Присылайте »
Синхротрон последнего поколения поможет в развитии самых разных научных областей.
В России запустили первую уникальную научную установку, способную буквально заглянуть внутрь вещества. «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ) — гигантский рентгеновский «микроскоп», который позволяет ученым изучать материалы на уровне атомов.
На первый взгляд может показаться, что это история исключительно для физиков и академиков. Но возможности СКИФ напрямую связаны с тем, что в будущем окажется на полках аптек, в больницах, на производствах и даже в наших смартфонах.
С его помощью можно ускорять разработку лекарств, создавать новые материалы и исследовать процессы, которые раньше было практически невозможно увидеть.
Как работает российский научный гигант и что именно он способен изменить в жизни обычных людей? Эксклюзивно для 5-tv.ru об этом простым языком рассказали директор Института ядерной физики Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН), академик Павел Логачев и доктор наук, член РАН Виктор Викторов.
Как СКИФ повлияет на жизнь россиян
СКИФ создает чрезвычайно яркий рентгеновский луч — настолько мощный и точный, что установка считается одной из самых совершенных в своем классе.
Проще говоря, ученые получили инструмент, который позволяет рассматривать вещество практически на уровне отдельных атомов.
По словам Виктора Викторова, появление СКИФ можно сравнить с изобретением гигантского микроскопа или телескопа: ученые получают возможность увидеть процессы, которые раньше были недоступны для наблюдения. Это открывает новые возможности для промышленности, техники и науки.
В дальнейшем вокруг СКИФ планируется установить специальные станции. На них будут проводить исследования для медицины и фармацевтики, разрабатывать новые материалы и технологии для микроэлектроники, а также проводить эксперименты в физике, химии и других областях.
«Лучше этой установки уже не придумаешь — метод использован полностью. Можно управлять рентгеновским излучением: делать его мощным, но при этом очень тонким, буквально до нанометров, чтобы не повреждать образец. В микроэлектронике это важно, ведь любое грубое вмешательство все ломает. По расчетам, при нужных характеристиках лучи не разрушают материал. А для живой материи это вообще прорыв: луч пронзает ткань, но не убивает ее. Значит, технологию можно применять в медицине, в онкологии и везде, где нужно щадящее воздействие», — отметил академик.
Российский синхротрон станет серьезным экономическим преимуществом, так как он сократит время на разработку и создание материалов в любой области в десятки раз.
СКИФ — вызов законам физики
По-простому говоря, СКИФ — это огромный рентгеновский микроскоп.
«Если вы смотрите в обычный микроскоп, то минимальный объект, который можете увидеть, должен быть в несколько раз больше, чем длина волны видимого света. Конечно же, атом гораздо меньше. Чтобы видеть отдельный атом, нужно его разглядывать не в обычном свете, а в рентгеновском излучении с длиною волны, которая существенно меньше размера атома», — объясняет директор института академик Павел Логачев.
Такое рентгеновское излучение с необходимой яркостью и с очень маленьким размером источника может дать именно современный синхротрон (огромная круглая машина, которая разгоняет крошечные частицы (например, электроны) почти до скорости света. — Прим. ред.).
Причем СКИФ считается синхротроном последнего поколения, так как сделать источник пучка еще ярче уже не позволят законы физики. Сейчас синхротроны стараются делать во всем мире и используют их прежде всего для ускорения процесса создания новых материалов.
С высоты СКИФ похож на гигантское кольцо. Кольцо накопителя общим периметром 476 метров состоит из 112 «звеньев» — специальных подставок (гирдеров) с магнитно-вакуумными сборками длиной от 2,4 до 3,8 метров и весом до 4,45 тонн.
Плоскость гирдеров, на которую ставятся магнитные элементы, требует высокой точности — 50 микрон (примерная толщина волоса ребенка) на длине 3,8 метров.
Инжекционный комплекс СКИФ состоит из двух частей: линейного ускорителя (линака) и бустерного синхротрона (бустера). В линаке электроны рождаются, группируются в пучок и получают первоначальную энергию 200 миллионов электронвольт (МэВ).
Затем пучок поступает в кольцевой бустер, где разгоняется до рабочей энергии — три миллиарда электронвольт (ГэВ), и отправляется в основной накопитель.
«Дело в том, что в циклических ускорителях, которые имеют форму кольца, невозможно ускорять электроны, начиная с нулевой энергии. От нулевой энергии нужно ускорить до минимальной, на которой они могут быть успешно направлены в кольцо. Если у нас в розетке 200 вольт, то эта энергия находится в районе 200 миллионов электронвольт (эВ). Именно столько необходимо, чтобы залететь в кольцо и потом уже ускориться до трех миллиардов эВ», — пояснял академик Павел Логачев.
В накопителе электронный пучок генерирует синхротронное излучение. Специально для его работы ученые разработали сверхмощный высокочастотный усилитель — клистрон. Это результат работы нескольких поколений исследователей.
История СКИФ: от идеи до запуска
Идея создать в Новосибирске собственный синхротрон появилась задолго до строительства СКИФ. Новосибирские физики еще в советские годы и в 1990-е участвовали в создании подобных установок в России и за рубежом. Но сделать современный синхротрон в Сибири долгое время не удавалось.
В феврале 2018 года ученые представили проект Владимиру Путину во время его визита в Новосибирск. Президент поддержал идею. В 2019 году создание СКИФ закрепили указом главы государства, а проект вошел в федеральную программу развития синхротронных и нейтронных исследований.
Создание СКИФ не было простой задачей. В 2020 году проект столкнулся с пандемией — проектировщиков перевели на удаленку, а схему финансирования изменили, начав выделение средств на изготовление оборудования раньше запланированного.
В 2021 году в наукограде Кольцово Новосибирской области началось строительство научного комплекса. СКИФ — это не одно здание, а целый городок из 34 зданий и сооружений на территории около 30 гектаров. Общая площадь комплекса — почти 87 тысяч квадратных метров.
Параллельно с возведением зданий создавалась главная часть установки — ускоритель. Электроны в нем должны разгоняться почти до скорости света, а затем двигаться по кольцу диаметром около 240 метров.
Именно при движении электронов возникает мощное синхротронное излучение, с помощью которого ученые смогут изучать вещества на уровне атомов.
Проект оказался масштабным не только по размеру, но и по сложности оборудования. Для СКИФ пришлось создавать большое количество специальных установок и приборов.
Часть оборудования, которое раньше планировали получать из-за рубежа, российским специалистам пришлось заменить собственными разработками.
«Для их возведения (станций СКИФ. — Прим. ред.) Россия самостоятельно создала 30 позиций критически важного оборудования, от поставок которого отказались наши партнеры из некоторых стран. В этой связи нам пришлось, как говорится, сдвинуть вправо по графику запуск СКИФа, но зато мы стали еще сильнее», — отметил Владимир Путин на заседании Совета по науке и образованию.
Строительство завершилось летом 2026 года. 11 августа Владимир Путин посетил СКИФ и официально дал старт работе центра. При этом первые исследовательские станции планируют вводить в эксплуатацию до конца 2026 года, а первый научный эксперимент ожидается уже в ближайшее время.
Президент России, оценивая СКИФ, также отметил масштаб проекта.
«Я сейчас посмотрел эту установку, впечатляет. Это реально впечатляет, конечно. И мы, безусловно, продолжим эту работу», — сказал Путин.