СКИФ станет уникальным инструментом для исследователей

В наукограде Кольцово (Новосибирская область) завершается строительство объекта класса мегасайенс - Центра коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП "СКИФ"). Фотоны синхротронного излучения (СИ) будут испускаться при торможении в магнитном поле электронов, летящих с околосветовой скоростью в вакууме по накопительному кольцу с длиной окружности почти 500 метров.

Источник СИ четвертого поколения, каким является ЦКП "СКИФ", предоставит уникальные возможности для ученых из разных сфер науки и технологии - от химиков и геологов до археологов и медиков. СКИФ во многом предопределит развитие научных исследований в новосибирском Академгородке на десятилетия вперед. В проекте запланировано создание 30 экспериментальных станций различного назначения - от исследования механизмов работы катализаторов (важнейшая задача для химической промышленности) и быстропротекающих процессов до изучения вирусов (в том числе особо опасных инфекций) и рентгеновской голографии (пока в перспективе).

О проекте рассказывает его руководитель - директор ЦКП "СКИФ", замдиректора Института ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН по научной работе, член-корреспондент РАН Евгений Левичев.

Почему ученые всего мира выстраиваются в очередь на эксперименты с источниками синхротронного излучения, чем оно их так привлекает?

Евгений Левичев: Для того, чтобы исследовать структуру какого-нибудь вещества на молекулярном или атомном уровне, нужно на него воздействовать какими-нибудь зондирующими частицами соответствующего "размера" (или энергии). И это удобно сделать с помощью фотонов. Для решения задач, представляющих интерес для исследователей, нужны фотоны с разной энергией - от одного электронвольта до сотен тысяч. СИ имеет широкий спектр: от инфракрасного до очень жесткого рентгеновского диапазона. И каждую экспериментальную станцию или методику мы можем настроить на необходимую энергию: на одной будут изучать длинные белковые молекулы, на другой - атомную структуру катализатора, на третьей - просвечивать лопасти турбины авиадвигателя (для этого нужны очень жесткие гамма-кванты), чтобы понять где и как в ней возникают напряжения, грозящие разрушением - отсюда мультидисциплинарность.

Второй момент - для получения высокого разрешения, особенно, микро- и нанообъектов, нужно чтобы на образец падало как можно больше фотонов. От этого зависит время экспозиции - на рентгеновской трубке вы будете делать снимок целый год, а на источнике СИ, где интенсивность и яркость на много порядков больше, это займет лишь секунду.

Это позволяет изучать быстропротекающие процессы, что невозможно другими методами. А как снимают кино "из жизни молекул и атомов"?

Евгений Левичев: Структура излучения СИ периодическая - электроны, испускающие фотоны при торможении в магнитном поле, летят короткими сгустками примерно в сантиметр длиной. Последовательностью таких импульсов СИ можно управлять в пределах от нано- до микросекунд. Можно снимать отдельные кадры через очень короткие промежутки времени, при этом временной интервал можно подстраивать под скорость процесса. Например, изучать как происходит взрыв или перегорает предохранитель.

Еще одно уникальное свойство СИ - поляризация. Это позволяет изучать физические эффекты, связанные с спиновой структурой атомов образца, что важно для исследования, например, полупроводников или магнитных материалов.

В прессе СКИФ иногда называют "большим рентгеновским микроскопом", но ведь его возможности намного шире - тут и элементный анализ, и томография, и многое другое.

Евгений Левичев: Действительно, "микроскоп" позволяет получить просто картинку, пусть в рентгеновском диапазоне, а возможности СИ гораздо шире - дифракционный анализ, спектроскопические исследования, поглощение фотонов, возбуждение люминесценции или флуоресценции атомов изучаемого вещества и т.д. Исследовательских методик десятки. Например, можно нацелиться на определенный элемент и определить, какие атомы и как расположены вокруг него. Или можно провести микроэлементный анализ с очень высокой точностью - до 10 в минус седьмой степени по концентрации. Источник СИ - это настоящий "мультитул" - в нем есть спектрометр, микро(и даже, нано)скоп, сверхскоростная рентгеновская кинокамера и много чего еще.

Прямая речь

Андрей Травников, губернатор Новосибирской области:

- В начале будущего года запланирован запуск большого кольца с получением проектного пучка, энергии 3 ГэВ, и в течение будущего года должна быть запущена первая станция первой очереди. СКИФ начнет проводить первые исследования на материалах и образцах для изучения. Ну и на горизонте 2027-2028 годов - начало строительства станций второй очереди, которые сейчас уже разрабатываются.