Ученые: Синхротрон за 40 млрд рублей в Новосибирске лучше коллайдера

Источник синхротронного излучения создадут в Академгородке по поручению Путина.

% name% title
Владимир Путин встретился с учеными СО РАН 8 февраля, в День науки

8 февраля в ходе визита президента РФ Владимира Путина в Новосибирск ученые обсуждали необходимость создания в России новых источников синхротронного излучения (СИ). Кому, кроме физиков, нужны такие установки и чем они отличаются от коллайдеров? Что можно изучать с их помощью? В каких ещё странах источники СИ, и зачем они нужны в России?
Об этом «Науке в Сибири» рассказал научный сотрудник Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Сергей Ращенко.

Сергей Владимирович Ращенко более 8 лет сотрудничает с Сибирским центром синхротронного и терагерцового излучения, где развивает направление исследования вещества в условиях высоких давлений; имеет опыт работы на источниках синхротронного излучения SPRING-8 (Япония) и PETRA-III (Германия). Автор и соавтор более 40 научных статей в рецензируемых журналах, из которых 16 подготовлены по результатам экспериментов с использованием синхротронного излучения.

Что такое синхротрон и чем он отличается, например, от коллайдера?

В строгом смысле термином «синхротрон» обозначается распространённый тип кольцевого ускорителя заряженных частиц, к которому относятся и большинство коллайдеров (включая Большой адронный). Однако сегодня синхротронами чаще всего называют источники синхротронного излучения (источники СИ) – ускорительные комплексы, в которых электроны движутся по изогнутой траектории со скоростью, близкой к скорости света, при этом испуская особое излучение, необходимое для проведения исследований биологам, химикам, геологам, инженерам коммерческих компаний и многим другим. В этом и заключается специфика источников СИ – в отличие от ускорителей-коллайдеров, предназначенных для решения узкоспециализированных задач физики элементарных частиц, они являются большими центрами мультидисциплинарных исследований, без которых сегодня невозможно развитие многих фундаментальных и прикладных направлений.

Коллайдерами называют ускорители встречных пучков заряженных частиц, в которых они разгоняются до экстремальных скоростей и сталкиваются, разрушаясь и порождая новые частицы. Регистрируя «новорождённые» частицы, физики изучают природу материи.

Какая особенность синхротронного излучения делает его необходимым инструментом для научных исследований?

Синхротронное излучение испускается движущимися с высокой скоростью заряженными частицами в точках, где их траектория искривляется с помощью магнитных полей. Источниками этих полей выступают либо так называемые поворотные магниты, имеющиеся в любом кольцевом ускорителе, либо специальные сборки из магнитов с чередующейся полярностью (ондуляторы и вигглеры).

СИ представляет собой совокупность электромагнитных колебаний с различной длиной волны, в том числе инфракрасного излучения, видимого света и ультрафиолета. Однако наиболее важной составляющей является излучение рентгеновского диапазона, по яркости которого СИ в триллионы раз превосходит традиционные источники – рентгеновские трубки. В этом отношении для технологий, использующих рентгеновское излучение, появление источников СИ сыграло роль, аналогичную появлению лазеров в оптических технологиях. Другими важными характеристиками СИ является его узкая направленность, позволяющая эффективно управлять пучками излучения с помощью рентгеновской оптики, и непрерывный спектр, который дает возможность легко перестроиться на длину волны, необходимую для эксперимента.

Для каких исследований нужно такое рентгеновское излучение?

Спектр применения СИ необычайно широк. Так, например, его проникающая способность активно используется в мониторинге процессов, недоступных для наблюдения другими методами. Ярким примером является недавно поставленный на источнике СИ DIAMOND (Великобритания) эксперимент по наблюдению за тем, что происходит внутри закрытого бетонного контейнера с отработавшим ядерным топливом. СИ широко применяется учёными и инженерами коммерческих компаний и для отслеживания деградации катодных материалов аккумуляторов непосредственно в режиме их зарядки/разрядки. Понимание этого процесса нужно, чтобы в перспективе создавать более энергоемкие и долговечные устройства.

Построение трёхмерных изображений методами рентгеновской томографии и микроскопии на базе СИ применяется в археологии и палеонтологии, позволяя визуализировать мельчайшие детали объектов, даже если они скрыты в массе вмещающей породы.

Наиболее важную роль, однако, источники СИ играют в биологии и медицине, где с их помощью расшифровываются сложные структуры белков, не поддающиеся анализу другими методами. Это позволяет выявлять механизмы возникновения патологий и действия лекарственных препаратов на молекулярном уровне и соответствующим образом совершенствовать способы профилактики и лечения заболеваний.

В целом, современные источники СИ представляют собой крупные международные центры мультидисциплинарных исследований. Так, в 2017 г. один только Европейский источник СИ (ESRF) обеспечил проведение 1850 экспериментов по двенадцати научным направлениям от геологии до медицины.

Насколько сложно получить возможность провести исследование на зарубежном источнике СИ? Есть ли современные источники СИ в России?

Для того, чтобы провести эксперимент на зарубежном источнике СИ коллективного пользования, необходимо подать заявку с подробным описанием эксперимента и его научной значимости на конкурс, который проводится дважды в год. Поскольку количество заявок значительно превышает технические возможности источников СИ, из более чем тысячи запросов, поступающих на каждый конкурс, экспертам приходится отбирать только 40—50 %. Так, например, уже в этом году наша научная группа, занимающаяся поведением вещества в условиях высоких давлений, подала семь таких заявок, и для нас будет большой удачей, если хотя бы 2-3 из них будут одобрены. Поскольку в нашей и многих других областях исследований именно использование СИ определяет соответствие исследования мировому уровню, активное взаимодействие с источниками СИ необходимо для поддержания конкурентоспособности российской науки.

В нашей стране на сегодняшний день действуют два источника СИ – в Курчатовском институте в Москве (запущен в 1999 г. взамен работавшего с 1983 г.) и в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН в Новосибирске (работает с модификациями с 1973 г.). Хотя на этих источниках и проводится большое количество экспериментов с использованием СИ, их возможностей не хватает для удовлетворения потребностей российских учёных ни по объёму предоставляемого для экспериментов времени, ни по техническому уровню (многие современные методы исследования требуют более совершенных источников СИ, доступных только за рубежом). Именно поэтому в последнее время обсуждается необходимость создания в России современных источников СИ и связанной с ними научной инфраструктуры.

Чем определяется совершенство источников СИ?

Физический параметр, который определяет совершенство источника СИ, называется эмиттанс. Чем он меньше, тем более ярким и узконаправленным получается пучок СИ. Более яркий пучок позволяет уменьшить время, необходимое для сбора данных с образца, давая возможность изучать быстропротекающие процессы. Более узконаправленный пучок позволяет «точечно» сканировать образец, собирая информацию о структуре и составе вещества с пространственным разрешением до долей микрометра.

Сейчас эмиттанс наиболее современных источников СИ за рубежом составляет 1—3 нанометра×радиан (для сравнения: эмиттансы источников СИ в Курчатовском институте и ИЯФ СО РАН составляют 98 и 292 нм×рад соответственно). Однако недавно были разработаны подходы, позволяющие усовершенствовать характеристики ускорителей, и ещё на порядок понизить эмиттанс до значений около 0,1 нм×рад. В связи с этим ведущие зарубежные источники СИ запланировали на ближайшие годы проведение масштабных реконструкций. В сложившейся ситуации создание в России источников СИ уже на основе новой технологии позволит «одним прыжком» догнать зарубежных лидеров, от которых мы сильно отстали за последние 30 лет.

Насколько масштабны должны быть новые источники СИ?

К счастью, в отличие от новых коллайдеров, требующих рекордных размеров и энергий, для источника СИ оптимальны относительно небольшие периметры (300—1500 м) и энергии (3—6 ГэВ). Гораздо более важным параметром для него является конфигурация магнитов, которые управляют циркулирующими в ускорителе электронами, поскольку именно от неё зависит эмиттанс источника СИ. В области создания таких магнитов опыт российских физиков признан во всём мире.

Как сообщал «Курьер. Среда. Бердск», синхротрон, на строительство которого дал добро Путин, стоит 40 млрд рублей. Это входит в проект «Академгородок 2.0» по развитию научного центра, который разработают в Новосибирской области по поручению президента.

Мнение читателей
5
3
0
0
Выделите орфографическую ошибку мышью и нажмите Ctrl+Enter.
Спасибо за ваш голос
Моё мнение Комментарий Поделиться

От редакции

Непонятно, но здорово?

Аноним, 28 февраля 2018 13:31
Лучше бы на медицину в Новосибирске столько денег дал
Аноним, 28 февраля 2018 14:11
Кому лучше?
Новый мэр, 28 февраля 2018 14:02
Лучше новый президент
Сила, наглость и хамство..., 28 февраля 2018 14:16
Новый президент при старых боярах ноль без палки. Государство - это не один человек. Кстати и дело не только в боярах, от холопов тоже многое зависит...
Новый мэр, 28 февраля 2018 14:36
Согласен в 1917 холопы с боярами по своему разобрались, Вы про это?
Аноним, 28 февраля 2018 14:54
Подстрекаемые политиками разного толка, от прозападных либералов до социалистов холопы в 17м взбунтовались и по итогу оказались жертвой большевиков.
Гость, 28 февраля 2018 17:00
На немецкие, японские и мелкобританские деньги, между прочим! Всё, как и сейчас!
Аноним, 28 февраля 2018 17:45
Цитата Ленина:
Можно встретить ещё людей у нас, которые рассуждают: при царе хлеб все таки был, а революция пришла, и хлеба нет. И понятно, что, может быть, действительно, для каких-либо деревенских старух все развитие истории за последние десять сводится, что прежде хлеб был, а теперь его нет... наша задача, задача сознательных рабочих в том, чтобы разъяснить наиболее широким массам.. была-бла-бла.
Разъяснениями сторонники «справедливости» хотят питаться и кормить других!
Аноним, 02 марта 2018 12:02
дык, Ленин не обманул! Хлеба дали и мощную страну построили... Только малость за верхушкой не доглядели - жить верхушка желала по-рокфеллеровски! Сыновей, дочерей пристраивала в Гарварды, роль голожопой интеллигенции как-то не устраивала!
Аноним, 28 февраля 2018 14:17
И ещё небось тот у которого сыновья виллами в Испании и Латвии владеют?
Новый мэр, 28 февраля 2018 14:42
Да нет, про того, у которого зять самый молодой миллиардер,и владеет он чудесным замком на французском курорте Биарриц, на скале, подножие которой омывает Бискайский залив
Аноним, 28 февраля 2018 14:48
Опять какая-то выдуманная небылица в отличии от реальных фактов?
А как насчёт офшоризации совхоза, почему пятая часть народного предприятия в офшоре?
Новый мэр, 28 февраля 2018 15:28
Меня волнует другое, почему 75% акций Новосибирск энергосбыт принадлежат офшорным компания на Британских Виргинских островах,
Аноним, 28 февраля 2018 15:43
Потому что народ безмолвствует. А слуги народа расправили крылья и превратились в царьков. А быдлу незачем нос совать, куда не просят.
Аноним, 28 февраля 2018 16:02
Вот вот, потому команда одного кандидата и утверждает что «слухи» о виллах сыновей директора зарубежом и офшорах в народном предприятии это бессовестная провокация
Аноним, 28 февраля 2018 17:36
Все то вы объясить можете, кроме одного, почему и откуда у сыновей Грудинина виллы в странах НАТО, сколько же у самого кандидата от народно-патриотических сил реально счетов зарубежом и зелёных денег на них, а также кто владеет офшорной долей «совхоза»..
Новый мэр, 28 февраля 2018 20:18
Страшнее чем у Сергея Железняк(Заместитель секретаря Генсовета «Единой России») и не придумаешь, тот вообще дочку родную замуж за натовца выдал. А доча на bbc ушла работать, Вот вам ирония судьбы,нарочно и не придумаешь. Но Сергею это не мешает по ТВ учить народ, как любить Родину.
Аноним, 28 февраля 2018 20:33
Слабенько как-то, слабенько. Неужели выдохлись?
Новый мэр, 28 февраля 2018 21:22
Почему слабенько? Вторая дочка тоже учится и живет в Лондоне
Аноним, 28 февраля 2018 23:09
Железняк разве кандидат в президенты от народно-патриотических сил? Продолжайте изворачиваться, а вернее переводить стрелки.
Таким макаром кпрф скоро патриарха выдвинет, или Дерипаску , а своему электорату будет интенсивно внушать что она категорически против олигархов и против строительства церквей
Новый мэр, 01 марта 2018 08:39
Про кандидата в президенты я вам тоже ответил, там и домик во Франции и окружение всё лживое
Аноним, 28 февраля 2018 14:04
Вангую, в процессе строительства стоимость возрастёт до полутриллиона и в итоге стройка века превратиться в вековую стройку...
Аноним, 28 февраля 2018 14:18
Мыкола, за Керченским мостом уже не следишь?
Поросёнок Пётр, 28 февраля 2018 14:23
Между прочим, если говорить о науке, сегодня великий праздник, 28 февраля 1953 года Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон сделали одно из главных открытий в истории биологии — установили строение ДНК, за что вполне заслуженно схлопотали Нобелевскую премию.
Аноним, 28 февраля 2018 14:50
А незадолго до этого великий пролетарский учёный Лысенко разогнал советских генетиков.
Гость, 28 февраля 2018 17:04
Судя по фамилии, гарный выходец из украинской академии наук?! Как раз был период прихода в Кремль выходцев с хохломы! Сменивших более эффективных кавказцев.
Аноним, 28 февраля 2018 18:26
ну уж...украина была нашим локомотивом.
Как и чехославакия.как и польша.
вот ведь вопрос я понимаю патриотизм и все такое.
А что раз патриотизм хлеб не нужен?
платить работникам элеватора не обязательно?
Генетика кибернетика?
Что еще при подъеме патриотизма надо?
Сараи обложить налогом?
Зачем?.... в них революция гнездится на англосакские денежки?
Аноним, 28 февраля 2018 20:28
Придурки, вы сначала постройте, а потом уже будете сравнивать
Акстинья, 01 марта 2018 00:46
Что-то мне не нравится эта идея с синхротроном, имеющий такой многогранный спектр применения. Ну не ради науки эти изыскания! Ну и точно не для нас, для народа. Если только против нас.
Аноним, 02 марта 2018 12:16
Что есть синхротрон для российской науки? Это прорыв в физике и создание новых материалов! В частности тех, что применяются на гиперзвуке. Будем в этих вопросах на передовых позициях, будем первыми в современных видах вооружения, а значит нас не сомнут наши враги! Думать головой надо...
Аноним, 24 октября 2018 18:07

Ваше мнение ценно: оставьте комментарий

войдите или зарегистрируйтесь, тогда Вам не придется вводить имя каждый раз, и Вы сможете настроить себе "аватар".
Ознакомьтесь с правилами комментирования