Президент России Владимир Путин принял участие в открытии центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» в наукограде Кольцово. Установка класса «мегасайенс» позволит ученым изучать строение вещества на атомном уровне, наблюдать сверхбыстрые процессы, разрабатывать новые материалы и лекарства. СКИФ представляет собой источник синхротронного излучения поколения 4+ с энергией электронного пучка 3 ГэВ. На заседании Совета по науке и образованию Путин назвал его лучшим в мире источником такого излучения в среднем энергетическом диапазоне.
Что такое СКИФ и как он работает
Сибирский кольцевой источник фотонов можно сравнить с рентгеновским микроскопом чрезвычайно высокой мощности. Электроны сначала разгоняются линейным ускорителем, затем попадают в бустерный синхротрон, где набирают энергию 3 ГэВ. После этого частицы направляются в основное накопительное кольцо периметром 476 метров.
Внутри кольца электроны движутся почти со скоростью света. Магнитные системы изменяют их траекторию, в результате чего возникает яркое синхротронное излучение. Его выводят на экспериментальные станции и направляют на исследуемые образцы.
Главное преимущество СКИФ – очень узкий и яркий пучок. Эмиттанс установки составляет 75 пикометрорадиан: чем ниже этот показатель, тем выше яркость и когерентность излучения. Благодаря этому ученые смогут различать детали размером в десятки нанометров и исследовать положение отдельных атомов. Основные характеристики комплекса приводит официальный сайт ЦКП «СКИФ».
Какие исследования будут проводить в СКИФ
Первая очередь комплекса включает семь экспериментальных станций. Каждая предназначена для отдельного направления исследований.
«Микрофокус» позволит изучать образцы с разрешением до десятков нанометров, в том числе при высоких давлениях и температурах. На станции «Структурная диагностика» ученые смогут точно определять расположение атомов в кристаллах и новых материалах.
Станция «Быстропротекающие процессы» предназначена для изучения поведения веществ при взрывах, воздействии ударной волны и плазмы. Установленное оборудование позволит получать своеобразное рентгеновское кино с частотой до миллиарда кадров в секунду.
Еще несколько станций будут использоваться для анализа электронной, пространственной и магнитной структуры материалов, исследования катализаторов, растворов, расплавов и нанокластеров. Высокоэнергетический рентген даст возможность заглядывать внутрь биологических и технологических объектов размером до десяти сантиметров, не разрушая их. Подробное описание станций опубликовано на странице инфраструктуры СКИФ.
Отдельная учебная станция создается для студентов, аспирантов и начинающих исследователей. На ней можно будет осваивать методы синхротронной диагностики, работу с рентгеновской оптикой и экспериментальным оборудованием.
Как СКИФ поможет медицине и промышленности
Синхротронное излучение позволяет наблюдать не только структуру вещества, но и ее изменения непосредственно во время химической реакции. Это особенно важно при разработке лекарств, катализаторов, аккумуляторов, сверхпроводников и новых конструкционных материалов.
В медицине и биологии СКИФ можно использовать для расшифровки структуры белков и других макромолекул, изучения вирусных частиц, механизмов действия лекарств и способов их адресной доставки. Такие исследования способны сократить путь от поиска перспективного соединения до создания препарата.
В промышленности установка поможет проверять внутреннюю структуру деталей, выявлять микротрещины и скрытые дефекты, изучать новые сплавы, покрытия, полупроводники и материалы для авиации, космической отрасли и атомной энергетики. Исследования также будут востребованы в нефтехимии, микроэлектронике, геологии, добыче полезных ископаемых и экологическом контроле.
Еще одна возможность – неразрушающее изучение археологических находок, минералов и произведений искусства. Синхротрон позволяет получить информацию о внутреннем строении объекта, не разрезая его и не отбирая крупные образцы.
Когда СКИФ заработает на полную мощность
Открытие комплекса не означает одновременного запуска всех его исследовательских возможностей. После настройки накопительного кольца и вывода излучения на станции эксперименты будут начинаться поэтапно.
Первой планируется задействовать учебно-научную станцию базовой синхротронной диагностики, следующей – станцию исследования быстропротекающих процессов. В июне ученые рассчитывали провести первый пробный эксперимент в августе, сообщала Российская академия наук.
В дальнейшем число экспериментальных станций предполагается увеличить до 30. Таким образом, СКИФ должен превратиться в междисциплинарный центр, где смогут работать физики, химики, биологи, медики, геологи и специалисты промышленных предприятий. Появление собственной установки такого класса также сократит зависимость российских исследователей от доступа к зарубежным синхротронам.
Фото: пресс-служба Администрации президента РФ / kremlin.ru