Сегодня - 25.05.2019

Ярче, чем звезды

26 февраля 2015

В ближайшие пять лет в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера планируется создать новый источник синхротронного излучения (СИ), который будет на четыре порядка мощнее существующих. О перспективах этого направления рассказали эксперты российско-британского круглого стола «Новые горизонты ускорительной техники: настоящее и будущее ярких источников синхротронного излучения».

Синхротронное излучение — один из наиболее востребованных инструментов для исследований в области физики, материаловедения, биологии, медицины, химии и так далее. В этом направлении Институт ядерной физики один из пионеров. Ученые ИЯФ используют пучки СИ уже более 40 лет, а Сибирский центр синхротронного излучения института известен во всем мире.

Сегодня в СЦСТИ на базе ускорителей ВЭПП-3 и ВЭПП-4М работает 13 экспериментальных станций синхротронного излучения. Одна из них позволяет изучать состав различных образцов — от нефти и минералов до крови и плазмы. Например, ученые работают над новыми методами диагностики рака, анализируя генетический материал мышей. Ускорительный комплекс ВЭПП-4М позволяет исследователям решать задачи не только фундаментальной, но и прикладной науки  — вплоть до изучения свойств взрывов или калибровки оборудования для космических спутников.
Антон Николенко и его рабочее место
Этой работой занимается старший научный сотрудник ИЯФ Антон Николенко. Различные детекторы калибруют для того, чтобы понять, как именно они реагируют на рентгеновское излучение Солнца. По результатам тестов институт выдает сертификат, который позволяет заказчику установить данный прибор на спутник и полностью доверять его показаниям. С просьбой о такой проверке оборудования в ИЯФ обращаются ведущие научные организации России. В ближайшее время ученые должны прокалибровать аппарат московского Института прикладной геофизики, который работает в структуре Роскосмоса. Без этого теста им просто не разрешат поставить свое устройство на спутник.

Сейчас в мире работает около 40 источников СИ, разрабатывается и строится свыше десятка новых установок. Оборудование ИЯФ пользуется большой популярностью — в год в институт приезжают ученые из более, чем 50 российских и международных организаций. Возможно, что в 2020-х годах в Академгородке появится еще один источник СИ.
На тонком срезе мозга мыши проходит исследование новых способов диагностики и лечения рака
— Перед тем, как собирать установку, нужно ответить на несколько вопросов, — объясняет ученый секретарь ИЯФ СО РАН Алексей Владимирович Васильев. — Во-первых, нужна ли она конечным пользователям — ученым. Во-вторых, могут ли предполагаемые разработчики создать необходимый источник СИ, чтобы он вписался в существующую инфраструктуру. В-третьих, есть ли научные идеи и технологические заделы для создания установки — это как раз и обсуждается на сегодняшнем круглом столе. И если ответы на эти вопросы положительные, можно приступать к поиску ресурсов для реализации проекта.  

Как утверждает директор СЦСТИ академик Геннадий Николаевич Кулипанов, минимальная стоимость проекта составит 50 миллионов долларов, а максимальная сумма может быть в пять раз больше. В прошлом ИЯФ уже создавал на собственные средства две крупных установки — ВЭПП-2000 и лазер на свободных электронах, но их стоимость не превышала 20 миллионов долларов. Значит, при реализации нового проекта без государственного финансирования не обойтись. В чем же будет его уникальность?

— Для источников СИ важнейшим параметром является яркость, — добавляет Геннадий Николаевич. — По этому показателю он должен превышать существующий на 4 порядка — то есть, должен быть ярче в 10 000 раз. Это даст возможность проводить эксперименты в тысячи раз быстрее и решать многие задачи, связанные с параметрами, зависящими от времени.
ВЭПП-4М
Заместитель директора Курчатовского центра синхротронного излучения и нанотехнологий Владимир Николаевич Корчуганов отмечает, что в будущем ученые могут столкнуться с проблемой габаритов нового оборудования.

— Сейчас размеры самых больших источников СИ не превышают одного километра. Установки следующего — четвертого — поколения будут гораздо больших размеров. Если они традиционно будут иметь форму кольца, их периметр займет от двух до шести километров. Такие источники являются градообразующими, а с точки зрения финансирования, это будут установки межгосударственного масштаба. Здесь повторяется ситуация, как с физикой высоких энергий: Большой адронный коллайдер занимает почти 30 километров, но сейчас уже есть проекты установок периметром 50-100 км.

Для сравнения, периметр ВЭПП-3 — 74 метра, установки «Сибирь-2», собранной ИЯФ для Курчатовского института в конце 1990-х годов — 124 метра, а ВЭПП-4М — 360 метров. Но далеко не для всех научных задач необходимы огромные и дорогие ускорители. Директор Института Джона Адамса (Великобритания) Андрей Анатольевич Серый считает, что будущий тренд — компактные источники СИ.
Камера для исследования взрывов
— Эволюция источников синхротронного излучения будет повторять эволюцию ЭВМ — в 1960-е годы они занимали огромные залы, а сейчас компьютер у каждого в кармане. В будущем будут и большие, и малые источники СИ, специализированные под конкретные задачи. Основываться они будут на методах плазменного ускорения. В плазме ускоряющие поля могут быть в 1000 раз больше, и это дает нам возможность сделать установку намного меньше. Компактные источники можно будет поставить в любом университете — их размеры не превысят 10-20 метров. Надеемся, что мы будем развивать это направление вместе с коллегами из ИЯФ и Курчатовского института.

Плазменное ускорение уже сейчас используется, чтобы получать источники рентгеновских фотонов, применяемых для медицинских целей — например, для диагностики раковых заболеваний. Возможно ли, что такое оборудование будет в каждой больнице? Если ученые ИЯФ, Курчатовского института и Института Джона Адамса продолжат совместные работы, то возможно все.

Павел Красин

Фото: Юлии Поздняковой
 

Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (2 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus