"СКИФ - скорее лазер, чем фонарик"

Руководитель проекта новосибирского синхротрона о сути будущих исследований

 

О принципах работы синхротрона, его востребованности в мире, радиационном фоне рядом с центром, а также о том, не получит ли подряд на проектирование устройства ООО «Рога и копыта» рассказал Тайге.инфо помощник директора Института ядерной физики СО РАН по перспективным проектам Яков Ракшун.

(Дальнейший текст - сокращённая версия записи)

 В каком сейчас состоянии находится организация проекта СКИФ?

— На базе Института катализа организован проектный офис, задачей которого является разработка проекта СКИФ и его реализация.

Извиняюсь, но остановлюсь на этом моменте. Я много слышал про идею создания проектных офисов, но впервые вижу его в реальности.

— Я тоже.

Что это за зверь? Это отдельное юридическое лицо или какое-то объединение на базе другого юридического лица?

- Это структура внутри Института катализа. Штатная структура со штатными единицами. В некотором смысле его можно сравнивать с другими подразделениями института.

То есть, люди, работающие в проектном офисе, получают зарплату в Институте катализа?

— Это вопрос организации работ. Потому что в работу по СКИФу вовлечено очень много людей. Это и сотрудники Института катализа, и сотрудники Института ядерной физики, Института геологии и многие-многие другие. Всех перечислять очень долго, никого не хотелось бы обидеть. А также университеты — НГУ, НГТУ. Для того, чтобы скоординировать действия по разработке СКИФа, скоординировать действия инструментальных станций, по разработке ускорительного комплекса, и создан этот проектный офис.

В каком состоянии сейчас находится проект? Началось ли его финансирование?

— Для людей, которые проектом занимаются вплотную, СКИФ уже давно в стадии реализации. Мы им просто живем. Финансирование проекта заложено в нацпроект «Наука», согласование которого идет в настоящее время. Там есть соответствующая строка по созданию СКИФа, заложены соответствующие деньги. На проектную деятельность — в 2019 и 2020 годах, на финансирование строительства с 2021 по 2024 год. В 2024 году СКИФ должен быть запущен.

Давайте вернемся к вопросу, который многие задают — что такое синхротрон, зачем он нужен и какая польза от этого Новосибирску? Насколько соответствует реальности заявленная стоимость его строительства — 40 млрд рублей?

— Разобью ваш вопрос на три части. Первая часть — зачем он нужен.

Синхротронные излучения — это излучение в диапазоне от доли ангстрема до десятков и даже сотен ангстрем (10⁻¹⁰ м). Эта область связана с межатомными расстояниями, а значит, позволяет полностью восстановить структуру изучаемого вещества. С очень высокой точностью получать состав вещества, исследовать другие, в том числе микроскопические свойства. Если кратко, то синхротрон — огромный материаловедческий микроскоп. И этот инструмент нужен для того, чтобы получить фундаментальную информацию о веществе. Например, зная структуру вируса, можно точно подобрать белок, который, связываясь с активными центрами вируса, сможет подавлять его размножение. Есть примеры, когда именно работы на синхротронном излучении помогли правильно подобрать такие белки для лекарств. Или, например, синхротронное излучение позволяет исследовать протекание химических реакций с высоким временным разрешением. Это значит, что, исследуя химическую реакцию, бы будем детально знать о ней всё, все промежуточные вещества и реакции. В свою очередь, это будет означать, что учёные-химики смогут целенаправленно влиять на протекание реакций, чтобы увеличить или уменьшить их скорость там, где это необходимо, например, чтобы повысить эффективность работы катализаторов.

Наконец, третье, — у нас, в Новосибирске, огромный научный потенциал, «бульон» научных идей, который способен решить очень многие важные задачи, в том числе, для промышленности. Нужны приборы — нужен инструмент исследований, одним из которых и, пожалуй, самым мощнейшим, является синхротрон. А кроме того — это деньги в экономику региона, его социальное развитие. Это сохранение и приумножение отечественного интеллектуального потенциала, поскольку молодые ученые смогут именно здесь решать важные фундаментальные и прикладные задачи.

Мы до сих пор слышали о синхротроне как о машине для исследования пучков. Но этот синхротрон — для производства излучения?

— Тут тоже происходит некоторая путаница. Дело в том, что есть ускорители-коллайдеры, а есть ускорители, каким будет являться кольцо нашего источника синхротронного излучения. Коллайдеры — там как раз встречаются пучки электронов и позитронов или других частиц. И дальше исследуются процессы, которые происходят при взаимодействии этих пучков.

Задача основного кольца СКИФа — генерировать потоки фотонов из специализированных устройств генерации и из поворотных магнитов. Когда электроны с околосветовыми скоростями пролетают по кольцу, при повороте они излучают [синхротронное излучение — прим. ред.]. А если мы организуем много поворотов на маленьком расстоянии при помощи переменного магнитного поля — у нас будет более интенсивное излучение.

Известно, что в мире создано уже немало подобных машин. В чем их отличие по параметрам?

— Я бы выделил в первую очередь два основных отличия. Первое отличие такого типа машин заключается в основной рабочей энергии электронов. То есть, чем выше рабочая энергия электронов, тем более жесткое рентгеновское излучение получается. Такие машины, как SPring-8 или ESRF, которые работают на более высоких энергиях. Второе отличие — это «эмиттанс». У нас планируется минимальный среди всех машин такого класса, и это наше огромное конкурентное преимущество.

SPring-8, ESRF — это где?

— SPring-8 — это Япония, пучки электронов 8 ГэВ (Гигаэлектронвольт — единица энергии, которую получает электрон, разогнавшись в вакууме в поле напряженностью гигавольт). У них есть проект на апгрейд, но уже на 6 Гэв.

ESRF — это во Франции, Гренобль, на 6 Гэв машина. Есть и другие машины на среднюю, скажем так, энергию около 3 Гэв. Например, MAX IV. Есть и более мягкие машины. Машины, на которых энергия пучков электронов 1,5 Гэв — очень удобны для исследований в мягкой рентгеновской области. Фотоэлектронная микроскопия и другие методы. У нас будет средний диапазон. У нас можно выполнять и мягкие исследования на мягком рентгеновском излучении, можно выполнять исследования на жестком рентгеновском излучении.

А сколько машин такого класса, как СКИФ, сейчас в мире существует? Или планируется в ближайшее время?

— Такой машины, как СКИФ, в мире еще нет. Потому что есть еще один важный параметр, называемый «эмиттанс». Который отвечает за фазовый объем пучка или за яркость источника. У нас эмиттанс будет минимальный, а значит, среди всех возможных источников он будет наиболее ярким.

Правильно я понимаю, что эмиттанс это то, чем, грубо говоря, фонарик отличается от лазера?

— Да, абсолютно верно. И наш СКИФ — скорее лазер, чем фонарик.

То есть, СКИФ будет производить 30 пучков, которые будут почти как лазер, но в жестком рентгеновском диапазоне?

— Я бы сказал, что в мягком и среднем рентгеновском диапазоне.

И что позволят изучать эти пучки?

Дальше эти пучки нужны для того, чтобы исследовать вещество. Не лишним будет сказать, что за последние 15 лет, по-моему, 9 Нобелевских премий в области биологии связаны с работами и результатами, которые были получены с помощью синхротронного излучения. Это структура белков в первую очередь.

То есть, это в некотором смысле получается супер-микроскоп?

— Да. Это уникальный рентгеновский микроскоп, который позволит заглянуть внутрь вещества, понять всё о нём, все его свойства.

А какой спрос на подобные пучки в мире сейчас? Будет ли загружена эта машина? Или же все, что можно было изучить при помощи СКИФа, уже изучено?

— Лучшим ответом будет то, что в мире уже функционирует около 50 таких машин. И они все загружены. И сейчас идут апгрейды машин. Например, ESRF в Гренобле остановился на 1,5 года, там идет замена ускорительного источника на более современный — чтобы производить более яркие пучки. Так же идет апгрейд SPring-8, я уже сказал. Производится апгрейд и других источников. Спрос огромный. Сообщество, которое работает на пучках синхротронного излучения — это десятки тысяч исследователей.

Где физически будет размещен СКИФ?

— Сейчас предполагается, что он будет размещен в Кольцово. Сам участок уже передан в федеральную собственность для того, чтобы иметь возможность передать его под оперативное управление Института Катализа СО РАН, как заказчика этого проекта.

 Откуда есть уверенность, что удастся сделать СКИФ лучшей машиной в своем классе? Наверное, все пытаются сделать свой ускоритель лучшим в мире. Но какие предпосылки, что именно СКИФ будет лучшим?

— Хороший вопрос. Первое — дело в том, что у института ядерной физики огромнейший опыт в создании различных ускорительных комплексов. Например, несколько лет назад ИЯФом был сделан бустерный синхротрон под ключ. Это устройство, которое готовит пучки предварительно для основного кольца на NSLS-2 для Америки. И, пожалуй, это один из лучших бустерных синхротронов в мире. Это то, где рождаются, ускорятся и собираются пучки, которые затем впрыскиваются в основное кольцо. Его наработка на отказ — один день в год. То есть, из 365 дней он работает 364 дня, пашет без проблем.

И основные узлы синхротронов в других странах тоже делал ИЯФ?

— Да. Наши коллеги говорят — ну наконец-то мы что-то сделаем для себя. Для своей страны.

Насколько этот проект будет значим для Академгородка? Примерно сколько людей будет трудиться на СКИФе, когда он заработает?

— Наша предварительная оценка — создание 300 рабочих мест. Это 100 научных сотрудников, это инженерно-технический персонал высокой квалификации. Но проект СКИФ так же потянет за собой развитие и социальной инфраструктуры. Потому что для того, чтобы принимать гостей, для того, чтобы ученым было комфортно работать, нужно будет создать и ресторанно-гостиничный комплекс. Это тоже приведет к тому, что появятся новые рабочие места.

Насколько отечественным будет СКИФ? Что-то придется заказывать из-за границы? Или всё может быть произведено здесь, в Академгородке?

— Мы максимально постараемся за имеющееся сейчас у нас время проектирования найти возможность создания приборов и оборудования в России. Локализовать производство компонентов и оборудования здесь. Но если существует какое-то оборудование, аналогов которого у нас нет, то, конечно, хорошо было бы оснастить современный источник самым современным, в том числе западным оборудованием.

Из СКИФа будут выходить средние и мягкие рентгеновские пучки — не опасно ли это для окружающих? Не приведет ли это к повышению радиационного фона рядом с Кольцово?

— Абсолютно безопасно. Все будет создаваться и проектироваться абсолютно безопасным для людей. Надо понимать, что мы же и будем работать в экспериментальном зале. Там будут предприняты все необходимые меры для того, чтобы радиационный фон не был бы повышенным.

Вы не сталкивались с такой проблемой, что у нас всё по 44 ФЗ? Вы же должны объявить конкурс на проектную организацию, и кто предложит самую низкую цену на проектирование синхротрона, того и должны взять в проектировщики. Не получится ли, что приедет контора «Рога и Копыта» из Саратова и скажет — мы самые лучшие проектировщики синхротронов?

— Это очень хороший вопрос. Поэтому к вопросу о подготовке и согласованию проектной организации отношение очень серьезное на всех уровнях власти. И мы полагаем, что этот вопрос правительством РФ будет решен.

 По материалам: Алексей Мазур, "Тайга-Инфо",  4 февраля 2019

(Там же - и полная видеозапись беседы, оператор Кирилл Янин)

Реплика опосля:

Все обозначенные выше вопросы были решены благополучно,создание СКИФа идёт в целом нормально.