Год за несколько секунд. На что будет способен российский СКИФ
Чтобы ответить на ключевые вопросы современной науки, исследователи со всего мира объединяются для создания мегасайенс-проектов. В следующем году в России состоится запуск Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). Какие эксперименты будут проводить на этой установке и какие знания намерены получить ученые, рассказал РИА Новости начальник управления перспективных исследований ТПУ Алексей Гоголев.
– СКИФ – это синхротрон, ускоритель электронов. В процессе движения по искривленным траекториям в поворотных магнитах и вставных устройствах (ондуляторах или вигглерах) электроны испускают мощное синхротронное излучение, которое и используется в качестве инструмента для исследований свойств вещества.
Сопутствующее тормозное излучение и рассеянные электроны, взаимодействуя с веществом окружения, могут возбуждать в нем атомные ядра, поэтому установка относится к радиационным объектам.
Некоторые люди до сих пор думают, что работа с атомной энергией – область высоких рисков, но все зависит от опыта исследователей и используемых технологий. Практика ТПУ подтверждает, что ядерный потенциал открывает широкие научно-промышленные возможности.
И здесь нам точно есть чем поделиться с командой разработчиков СКИФа – у нас 70-летняя история работы с атомной энергетикой, а наш вуз единственный в стране имеет собственный функционирующий учебный реактор.
Благодаря этому научному потенциалу мы производим малогабаритные ускорители и рентгеновские аппараты, а на упомянутом реакторе модифицируем материалы, например кремний, для производства электроники.
К тому же в практике университета есть уникальный кейс, который пригодится в дальнейших работах с оборудованием мегасайенс-установки. Именно на базе ТПУ в СССР разработали, собрали и запустили предшественника СКИФа – синхротрон СИРИУС (Сибирский резонансный импульсный ускоритель).
На некоторый период времени эта установка стала мощнейшей в мире.
Ускоритель электронов синхротрон "Сириус" служит для научных исследователей студентам Томского политехнического института имени С.М. Кирова (ныне Томский политехнический университет).
Голубое свечение заряженных частиц, исходящее из активной зоны исследовательского ядерного реактора в учебно-научном центре «Исследовательский ядерный реактор» Томского политехнического университета (ТПУ).
Голубое свечение заряженных частиц, исходящее из активной зоны исследовательского ядерного реактора в учебно-научном центре «Исследовательский ядерный реактор» Томского политехнического университета (ТПУ).
Ускоритель электронов синхротрон "Сириус" служит для научных исследователей студентам Томского политехнического института имени С.М. Кирова (ныне Томский политехнический университет).
Голубое свечение заряженных частиц, исходящее из активной зоны исследовательского ядерного реактора в учебно-научном центре «Исследовательский ядерный реактор» Томского политехнического университета (ТПУ). Голубое свечение заряженных частиц, исходящее из активной зоны исследовательского ядерного реактора в учебно-научном центре «Исследовательский ядерный реактор» Томского политехнического университета (ТПУ).
– Наша зона ответственности – это станция для исследования мельчайших объектов «Микрофокус». Мы будем проверять в университете методики регистрации излучения, апробировать разнообразные детекторы, которые помогут в визуализации исследуемых образцов и процессов.
Конечно, этим работа не ограничится, уже сейчас специалисты вуза создают программное обеспечение для регистрации и обработки больших потоков данных с детекторов для создаваемой станции, плюс некоторые детекторы являются продукцией нашего производства.
В ближайшее время команда Томского политеха проведет первые испытания собственных систем регистрации. Одно из основных ее назначений – визуализировать пучок излучения при первичной отладке и измерять его параметры. А когда СКИФ будет запущен, эти детекторы смогут работать в составе систем высокоразрешающей радиографии и томографии.
– Уникальность станции «Микрофокус» определена уже в ее названии. Размеры сфокусированного ею пучка излучения будут достигать долей микрон (50–200 нм). Такое высокое пространственное разрешение позволит проводить множество детализированных экспериментов на наноуровне.
При этом подробнейший анализ не создаст опасности разрушения изучаемых образцов, что позволит без опаски работать с особенно хрупкими или ценными предметами.
Хочу подчеркнуть, что речь идет о качественно другом анализе по сравнению с доступными нам сейчас. Удастся не просто подробно рассмотреть объект, но и определить местоположение скоплений конкретных химических элементов и микровключений минералов в нем.
При запуске облучения система позволит сразу тестировать распределение элементного состава в веществе, визуализировать, как проходят самые быстротечные химические реакции.
– В ходе исследований научное сообщество получит комплексные знания о расположении атомов и молекул по отношению друг к другу, возможно, удастся установить зависимости между особенностями строения, плотности, даже цвета того или иного материала и спецификой его внутренней структуры.
С использованием всех преимуществ синхротронного излучения мы сможем изучить, каким образом изменяется вещество в экстремальных условиях, при температуре и давлении как в ядре Земли.
В свою очередь это даст нам возможность создавать новые сплавы, полимеры, комплектующие для современной техники, реализуя у них нужные свойства на основе найденных закономерностей.
Особенно ценен будет инструментарий СКИФа при исследовании редкоземельных металлов, которые сейчас востребованы в электронике. При помощи синхротрона мы получим полные сведения об их самых ценных для промышленности особенностях, поймем, от чего они зависят, и, возможно, создадим более доступные альтернативы.
И конечно же, стоит упомянуть среди ключевых приоритетов феноменальную скорость. Только представьте, что двадцать лет назад на расшифровку какой-либо кристаллической структуры требовались годы, а СКИФ сделает это за несколько секунд.
– И для ученых, и для студентов. Безусловно, чтобы работать на станциях синхротрона нужен особый опыт, поэтому с осени 2023 года у нас запускается новый трек магистратуры «Физика высоких энергий». Обучающиеся с этого направления смогут осваивать необходимые навыки для работы не только на СКИФе, но и других мегасайенс-установках.
Также у студентов будет возможность пройти практическую подготовку по проектированию, разработке и реализации исследовательских станций синхротрона. Будущие специалисты смогут составить индивидуальную траекторию обучения из исследовательских, инженерных и междисциплинарных предметов.
Надеюсь, такие широкие возможности помогут молодым людям увидеть, что наука дает огромные возможности и перспективы. Мы приближаемся к совершенно новым знаниям, и уже новые поколения профессионалов будут формировать научные школы завтрашнего дня.