Новосибирск и Новосибирская область: свежие новости, объективный анализ, актуальные комментарии

В Институте ядерной физики СО РАН получили первый пучок электронов, аналогичный тому, который будет действовать в ЦКП «СКИФ».

Магниты линейного ускорителя, собранного на площадке Института ядерной физики СО РАН.

В окне компьютерной программы — изображение, полностью совпадающее с известной картиной Малевича. Потом в её центре появляется белая точка. Она растёт и за каких-то полминуты становится большим белым пятном. На лицах наблюдающих за монитором — чувство удовлетворения. Дело в том, что это белое пятно и есть тот самый пучок электронов, который через пару лет будет давать работу множеству исследователей на Сибирском кольцевом источнике фотонов. А сейчас, 25 октября 2022 года, первое рождение пучка состоялось в лаборатории Института ядерной физики СО РАН, где и ведутся работы по созданию оборудования для СКИФа. Пока что здесь собран только линейный ускоритель, он же «Линак-20», но и этого достаточно, чтобы «обкатать» процесс. В полностью готовом источнике фотонов из линейного ускорителя пучок электронов будет поступать в накопительное кольцо (бустер), а потом в синхротрон, где достигнет скорости, близкой к скорости света.

Для моделирования условий, которые будут созданы на СКИФе, в ИЯФ отвели специальное помещение, где за стеной для радиационной защиты разместился ускоритель. Точнее, его первая очередь. Сейчас главная задача учёных-ядерщиков — показать, что спроектированная ими и собранная на опытном производстве ИЯФ установка действительно способна сгенерировать пучок электронов с заданными параметрами. По сути, вся работа СКИФа будет основана именно на таком сгустке электронов.

Сейчас в институте изготовлены уже все элементы ускорителя, но пока полностью этот компонент источника фотонов не собран, так как некоторые его части надо испытывать отдельно. Ключевой элемент ускорителя — СВЧ-пушка, в ней-то и происходит рождение электронов, там же и формируется пучок с энергией 0,8 МэВ — той самой, которая и была рассчитана учёными перед началом работы с первым пучком. Опыт создания подобной пушки для специалистов ИЯФа — тоже первый.

— Мы можем не только ускорять пучок, но и управлять им благодаря СВЧ-пушке и находящемуся в ней катодно-сеточному узлу. Мы можем варьировать заряд и некоторые параметры пучка — это всё будет важно для работы СКИФа. Следующим этапом нашей работы станет получение сформированного пучка в конце линейного ускорителя. В этом случае мы окончательно сможем сказать, что наше оборудование полностью работает, — поясняет один из руководителей проекта, заведующий лабораторией Алексей Левичев.

Специалисты проверили работу систем термостабилизации и диагностики, а также магнитную систему. Возможности последней, как показала проверка, оказалось достаточно, чтобы довести пучок до конца ускорителя, а термостабилизация удерживает заданную температуру СВЧ-пушки с точностью до десятой доли градуса Цельсия.

Через месяц в ИЯФ предполагают разогнать полученный пучок до энергии уже в 50 МэВ. Когда этот же процесс будет запущен уже на самом СКИФе, то, как заметил директор его заказчика и застройщика — Института катализа СО РАН академик РАН Валерий Бухтияров, в первой части линейного ускорителя пучок электронов получит энергию до 20 МэВ, на выходе из линейного ускорителя она достигнет 200 МэВ, а в бустерном синхротроне, по которому пучок будет летать 24 часа в сутки семь дней в неделю, его энергия составит 3 ГэВ.

Заведующий лабораторией Алексей Левичев и научный сотрудник института Данила Никифоров наблюдают за формированием пучка электронов.

Как отмечает директор ИЯФ академик РАН Павел Логачёв, пройденный в конце октября этап формирования пучка — самый сложный, все последующие будут уже легче. На получившийся результат работало множество предприятий. Хотя львиная доля в изготовлении оборудования, процентов 90, принадлежит экспериментальному производству самого института, к этой работе приложили руку и новосибирская «Триада-ТВ», создавшая высокочастотные усилители для СВЧ-пушки, и Бердский электромеханический завод, и Воткинский завод, где делают специальные подставки-гирдеры для бустера и транспортных каналов. Кроме них, в проекте участвуют новосибирские СибНИА имени С. А. Чаплыгина и предприятие «Катод», казанский «Вакууммаш» и другие предприятия.

Впереди ещё один важнейший этап — написание программного обеспечения, которым будет управляться весь ускорительный комплекс СКИФа. Это надо будет сделать за год-полтора. Это тоже огромный пласт работы: для управления каждой подсистемой и каждым элементом оборудования — от источников питания до измерительных систем и диагностики пучка — потребуется множество программ.

Напомним, что СКИФ строится в Новосибирской области в рамках национального проекта «Наука и университеты» и во исполнение президентского указа от 25 июля 2019 года, поэтому работа новосибирских ядерщиков находится под пристальным вниманием как федеральных властей, так и правительства Новосибирской области, а одним из свидетелей рождения первого пучка стала замгубернатора региона Ирина Мануйлова.

— Пучок, который зарождается сегодня, соответствует тем параметрам, которые были заданы расчётным путём для собранной установки. Проверка на соответствие выдержана, а это значит, что созданное уникальное сверхточное оборудование соответствует всем заданным характеристикам. Проект СКИФ — не просто пилотный проект программы «Академгородок 2.0», а прорыв для всей страны, — подчеркнула Ирина Мануйлова.

Помощник директора по реализации проекта СКИФ Сергей Гуров, директор Института катализа СО РАН Валерий Бухтияров и научный руководитель направления СИ в ИЯФ Геннадий Кулипанов обсуждают детали работы.

Подготовка оборудования для СКИФа сейчас заметно опережает собственно строительные работы на площадке у наукограда Кольцово, хотя и они тоже идут по графику. Правда, его пришлось скорректировать. Изначально планировалось, что СКИФ заработает в конце декабря 2023 года, но сейчас речь идёт уже о декабре 2024 года и выходе на полноценную эксплуатацию источника фотонов в начале 2025 года, когда откроются шесть испытательных станций первой очереди. Как отмечает Валерий Бухтияров, в России изготавливается более 90% оборудования, однако отдельные компоненты мы продолжаем закупать за рубежом через различные схемы.

Разумеется, на первых порах после запуска СКИФа международное сотрудничество на этой установке поколения 4+ будет осуществляться только с представителями стран, считающихся «дружественными», но создатели источника фотонов верят, что эта ситуация рано или поздно изменится. В конце концов, даже сейчас, как рассказал директор ИЯФ, новосибирские специалисты продолжают выезжать в командировки на европейскую установку ЦЕРН и коллайдер в японском городе Цукуба, поскольку только они могут управлять установленным там российским оборудованием и обслуживать его. А СКИФ, по словам Павла Логачёва, — «национальная история на 99 процентов, мы делали его для России, и участие зарубежных учёных может быть здесь только некой вишенкой на торте, чтобы мы могли привлекать на лучшую в мире машину лучшие мировые идеи наших коллег».