Под Новосибирском строят источник самого мощного в мире синхротронного излучения. Что это за штука за 37 млрд и опасна ли? (видео)

В этом августе в Новосибирске началось строительство одного из самых масштабных научных проектов — центра коллективного пользования СКИФ. На поле под Новосибирском планируют строить первый в мире источник синхротронного излучения поколения 4+. На центр выделили почти 40 миллиардов рублей, а за стройкой следит федеральное правительство. Что расположится в новосибирском Кольцово, почему проект может подорожать и что там можно будет изучать? НГС узнал детали разработки.

В конце августа в промзоне рядом с Сибирским ликероводочным заводом в Кольцово ветрено. На краю небольшого поля черной перепаханной земли стоит картонная стенка, небольшая сцена и пара экскаваторов с мониторами в ковшах. 25 августа в Новосибирске открывают стройку центра коллективного пользования СКИФ — сибирского кольцевого источника фотонов.

За час до открытия на площадке не больше 10 людей, все ёжатся от ветра. Для журналистов — пресс-подход, фотосессия у картонной стенки.

Директор генподрядчика стройки, фирмы «Концерн Титан-2», Владимир Минаев рассказал журналистам, что главные сложности объекта — сжатые сроки и рост цен на стройматериалы. Запустить кольцевой источник должны в 2024 году. Кроме того, ориентировочную стоимость СКИФА придется увеличить:

— Мы знаем директивную цену — 37 миллиардов рублей, и знаем, что этой директивной цены точно не хватит. На сколько не хватит — тут нужно еще считать серьезно. Но главное, что понятен путь. Недавно было постановление правительства, связанное с ситуацией на рынке строительных материалов, где было сказано, что по объектам, строящимся за счет госбюджета, возможно увеличение стоимости госконтракта до 30%, — сказал Минаев.

Пока на объекте идут подготовительные работы: прием и разметка площадки, снос деревьев, обустройство бараков для строителей и временных коммуникаций. К концу зимы строители планируют перейти к основному периоду строительства, а через год принять «первый бетон».

На стройке будут работать около 2,5 тысячи человек. По словам Минаева, рабочих стараются брать из Новосибирской области, но квалифицированных сотрудников, возможно, придется привлечь из других регионов.

Ближе к началу мероприятия площадка начинает наполняться: на микроавтобусах к сцене подвозят разных людей, они занимают очередь, чтобы сделать фото с экскаватором. Церемония начинается. Первым выступил глава научно-координационного совета по работе СКИФ, директор Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН академик Валерий Бухтияров. Он вспомнил историю проекта, рассказал о его уникальности:

— За прошедшие 40–50 лет, когда появились первые источники синхротронного излучения, было пройдено несколько поколений: 1-е, 2-е, 3-е. Сейчас мы вышли на 4-е. В 2015 году заработал первый источник 4-го поколения в Швеции, сейчас почти модернизирован во Франции, создан в Бразилии. В России будет 4+. То что в указе [президента] было записано 4+, нам позволило прийти к уникальному источнику. Он будет лучшим на момент создания и на долгие годы вперед. Вдумайтесь, в России нет пока источника даже 3-го поколения, а мы выйдем на лучший источник формы 4+. Здесь работает формула «перегнать, не догоняя», — сказал Бухтияров. Академик подчеркнул «прозорливость» Путина, который указал создать именно источник поколения 4+.

Бухтиярова хуже слышно — над стройплощадкой пролетает вертолет. Академик предлагает снять покрывало со стоящей за ним статуи. Покрывало медленно поднимают ковшом экскаватора, под ним статуя в виде греческой буквы «гамма», использующейся для обозначения фотона. На изгибе статуи ткань застревает, высвободить арт-объект подбегает человек в каске.

Валерий Бухтияров уходит со сцены, играет веселый марш. К стройплощадке подъезжает черный автомобиль, к нему сбегается часть присутствующих. Из машины выходят губернатор области Андрей Травников, зампреда правительства России Дмитрий Чернышенко, первый зампред Госдумы Александр Жуков и министр науки и высшего образования Валерий Фальков.

— На строительство выделено более 37 миллиардов рублей. Создание центра позволит обеспечить Сибирский регион и страну в целом современной исследовательской инфраструктурой, позволяющей проводить исследования нового уровня в различных областях науки, каких еще не было в России. Проект также будет стимулировать развитие промышленности, рождение и освоение новейших технологий, — сказал Дмитрий Чернышенко.

— Таких ускорителей в мире больше нет, и его уникальность в том, что он будет давать самый яркий пучок фотонов. Это будет самое яркое место на земле! — добавил Жуков.

Проект по указу Путина

Зарождение проекта СКИФ случилось в 2018 году по поручению Владимира Путина. Он приезжал в Новосибирск в феврале и на совете по науке и образованию поддержал идею сибирских ученых о создании мощного источника синхротронного излучения.

— Когда в феврале в наш город приезжал президент РФ Владимир Владимирович Путин, было ясно — нужно не просить отдельные микроскопы или какое-либо крупное оборудование, а подавать масштабный проект, который решит целый ряд задач, в том числе и стратегических, — рассказывал сайту «Наука в Сибири» Валерий Бухтияров.

Тогда задумывалось, что новый центр привлечет молодые кадры и разовьет инфраструктуру. Главной целью проекта стало получение новых фундаментальных знаний в разных сферах.

После этого началась проработка проекта, затем предложена адресно-инвестиционная программа, согласованная с Минфином, Минюстом и Минэкономразвития.

— В принципе, она была готова к подписанию и старту работ, но, к сожалению, не случилось. На тот момент было отложено до подписания указа президента, — рассказывал Валерий Бухтияров.

Уже в указе были усилены характеристики источника — там он был обозначен как источник поколения 4+.

Контракт на изготовление оборудования для центра заключили с Институтом ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН в мае 2021 года. Уже в июне там запустили первое производство.

Сибирский кольцевой источник фотонов будет выглядеть как несколько зданий. Все они должны обеспечивать выполнение исследований на пучках синхротронного излучения. Основное здание — это круг диаметром около 230 метров, внутри которого находится кольцевой ускорительный комплекс.

— Синхротрон — это вакуумная труба в форме кольца, в которой электроны, ускоренные до скорости света, поворачивают в магнитном поле и рождают синхротронное излучение. По специальным каналам вывода, расположенным вдоль кольца по касательной к траектории движения электронов, синхротронное излучение направляется на экспериментальные станции. Там ученые ставят на пути синхротронного излучения образцы и измеряют отклик, порождаемый этим взаимодействием. Образцы — это различные материалы, клетки организмов и даже живые организмы целиком, например, лабораторные животные, — объясняет директор ЦКП «СКИФ» Института катализа СО РАН Евгений Левичев.

По словам Евгения Левичева, синхротронное излучение позволяет заглянуть внутрь исследуемого образца и увидеть его структуру в разном масштабе — от отдельных атомов до тканей или органов лабораторного животного.

— Кроме того, оно дает возможность исследовать различные быстропротекающие процессы, как бы сделав про них фильм в замедленной съемке, что невозможно с помощью других методов. Это может быть, например, взаимодействие вируса и лекарственного препарата, химические реакции на поверхности катализатора, распространение ударной волны при взрыве. Причем источники четвертого поколения позволяют снимать, а затем просматривать не просто кино, а как бы голограмму исследуемого объекта процесса, — сказал Евгений Левичев.

Например, можно будет изучать белки и нуклеиновые кислоты, которые играют важную роль в процессах, протекающих в клетках организма человека, животного или растений. Если узнать, как устроен конкретный белок, можно сконструировать особые молекулы, которые будут прочно с ним связываться, модифицируя или полностью блокируя его деятельность.

— Таким образом с помощью синхротронного излучения можно разрабатывать противовоспалительные, противовирусные, антибактериальные и другие виды лекарственных препаратов. Причем исследования на СКИФ призваны рационализировать этот процесс. Вместо случайного перебора многочисленных малых молекул можно точно предсказать и спланировать синтез именно той молекулы, которая окажется максимально активной, — объяснил Левичев.

Аналогичным образом можно будет исследовать аккумуляторы, полупроводники, катализаторы, топливные элементы, создавать материалы с улучшенными свойствами.

По словам ученого, сейчас в стране всего 2 центра, где есть синхротроны: НИЦ «Курчатовский институт» в Москве и Институт ядерной физики СО РАН в Новосибирске. Там находятся источники синхротронного излучения (СИ) 2-го и 1-го поколений.

— Поэтому российские ученые ездят в мировые центры СИ: European Synchrotron Radiation Facility (Франция), MAX IV (Швеция), Diamond (Великобритания) и другие. Это по ряду причин неудобно: приоритет по выделению пучкового времени — у национальных пользователей синхротронов, поездки связаны с временными и финансовыми затратами, дополнительные сложности создала и пандемия. Конечно, консорциумы ученых научились, например, передавать специальные контейнеры с образцами через транспортные или почтовые службы и проводить дистанционные эксперименты, однако это резко ограничивает свободу действий при планировании и проведении эксперимента, — пояснил Евгений Левичев.

По словам директора проекта, создание синхротрона расширит исследовательские возможности для ученых СО РАН и создаст сопутствующую инфраструктуру:

— Это и возможность для предприятий реального сектора экономики — фармацевтических, химических/нефтехимических, лесопромышленных компаний, предприятий металлообработки и микроэлектроники — провести собственные исследования для усовершенствования продукции.

По словам Евгения Левичева, выделять сибирский источник будет самая важная его характеристика — эмиттанс и зависящая от него яркость.

— Можно сравнить источник СИ с фонариком: для хорошего освещения и получения качественного изображения какого-то небольшого объекта, расположенного на определенном расстоянии, не подойдет большой фонарик, так как на объект попадет мало фотонов, и мы ничего не увидим. Значит, источник света нужен соразмерный. При этом угловая расходимость луча тоже должна быть малой, иначе фотонов снова не хватит. Произведение угловой расходимости на размер источника и называют эмиттансом, — сказал Левичев.

Чем сильнее ток пучка и меньше эмиттанс, тем ярче источник, а значит лучше качество получаемых изображений и выше скорость проведения экспериментов:

— На СКИФ будет приличный электронный ток — 400 мА и рекордно низкий в мировом масштабе эмиттанс — 75 пм рад, — говорит ученый.

На церемонии начала строительства Андрей Травников упоминал, что будущими станциями СКИФа заинтересовались не только университеты и научные институты, но и корпорации. По словам Евгения Левичева, сейчас с компаниями — потенциальными пользователями СКИФ — идут переговоры, но их названия пока не раскрывают.

— Это предприятия из таких отраслей, как химия и нефтехимия, фармацевтика, микроэлектроника, авиастроение. Варианты взаимодействия с предприятиями пользователями могут быть разными. Это могут быть прямые инвестиции в создание экспериментальных станций и их работу, доступ через ассоциации и коллаборационные группы, получение грантов на исследования от фондов, прямая покупка пучкового времени, если компания не готова делиться своими результатами в научных публикациях, — рассказывает Евгений Левичев.

Планируется, что для работы в самом СКИФе к 2024 году потребуется 350–400 человек — это специалисты для обслуживания комплекса и исследователи.

Организаторы проекта утверждают, что нет. По словам Евгения Левичева, в отличие от реакторов ионизирующее излучение мгновенно исчезает при выключении ускорителя (например, по причине неполадок).

— Электронный пучок отделен от экспериментального зала толстой стеной из специального бетона, а высокотехнологичная система радиационного контроля строго следит за возможностью допуска к оборудованию и безопасно выключает пучок при попытке несанкционированного проникновения, — подытожил специалист.

На выставку технологий в Новосибирске привезли устройство против храпа — что еще удивительного там показали.

У «Вектора» появилась новая таинственная вакцина от коронавируса. Станет ли она более эффективной?

Голый оклад. Большое исследование НГС о реальных заработках ученых — вынужденные схемы и зарплатные квитки.