Ученые: Синхротрон за 40 млрд рублей в Новосибирске лучше коллайдера

Фото: www.kurer-sreda.ru

Источник синхротронного излучения создадут в Академгородке по поручению Путина.

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.

Фото: Кремлин.ру

Последние новости Новосибирской области по теме:
Ученые: Синхротрон за 40 млрд рублей в Новосибирске лучше коллайдера

- Новосибирск
Этот вездесущий синхротрон 8 февраля 2018 года в ходе своего визита в Новосибирск президент РФ Владимир Путин встретился с учеными.
11:56 01.03.2018 РИА Сибирь
Ученые: Синхротрон за 40 млрд рублей в Новосибирске лучше коллайдера - Курьер.Среда.Бердск
Ученые: Синхротрон за 40 млрд рублей в Новосибирске лучше коллайдера - Бердск
Источник синхротронного излучения создадут в Академгородке по поручению Путина.
12:12 28.02.2018 Курьер.Среда.Бердск
 
По теме
1280px-als_injector_and_storage_thumb_main - Sibnovosti.ru Техусловия и техническое задание на проектирование нового центра коллективного пользования, базирующегося на новом источнике синхротронного излучения, будет готово через две недели,
26.02.2018
 
Фото Аркадия УВАРОВА - Советская Сибирь Михаил ФОКИН Фото Аркадия УВАРОВА По всем высказанным Андреем Травниковым просьбам Президент РФ дал поручения Президент РФ Владимир Путин во время встречи с врио губернатора Андреем Травниковым поддержал строительс
16.02.2018
Инициативу, направленную на развитие Новосибирского научного центра, поддержал Президент РФ Владимир Путин в ходе встречи с представителями СО РАН, состоявшейся в Институте ядерной физики имени Г.И.
14.02.2018
9 февраля в концертном зале Новосибирского ГАУ состоялось торжественное мероприятие в честь Дня российской науки, которое собрало необычайно много гостей.
13.02.2018
 
Инициативу, направленную на развитие Новосибирского научного центра, поддержал президент России Владимир Путин в ходе встречи с представителями СО РАН в Институте ядерной физики имени Г. И. Будкера,
11.02.2018
Президент Владимир Путин на заседании совета по науке и инновациям в Академгородке поддержал предложение о строительстве центра синхротронного излучения, передаёт корреспондент Сиб.фм,
09.02.2018
 
Открыть оригинальное изображение - Министерство образования 21 и 22 июня Новосибирский государственный педагогический университет принимает на своей площадке уже седьмой по счету областной конкурс, в котором соревнуются лучшие педагоги-психологи из образовательных организаций региона.
21.06.2018 Министерство образования
Руководители областных органов власти встретились со студентами в рамках нового проекта «#Кадры54» Об областном профориентационном проекте для молодежи «#Кадры54» студентам крупнейших вузов рассказали руководители области.
21.06.2018 Советская Сибирь
Дизайн-субботник пройдет у «Юности» 23 июня культурное пространство «Юности» ждут большие перемены, а вас – уроки труда, истории, географии, биологии и музыки.
20.06.2018 Газета Бумеранг
Лось, к сожалению, не выжил - Бердск-Онлайн.Ru Автор:  Ксения Горелова, фото читателей Бердск-онлайн Годовалый самец погиб от черепно-мозговой травмы и перелома позвоночника На 42-ом км трассы Р-256, под Бердском, утром 21 июня сбили лося.
21.06.2018 Бердск-Онлайн.Ru
Следов насилия на теле женщины не оказалось — в её смерти разбираются следователи и полиция - НГС.Новости Следов насилия на теле женщины не оказалось — в её смерти разбираются следователи и полиция Днём 20 июня новосибирские спасатели достали из водоёма в Дзержинском районе мёртвую женщину — причина её смерти пока неизвестна.
21.06.2018 НГС.Новости
Праздники старые и новые - Газета Ведомости Какие праздники горожане отмечали за 125-летнюю историю Новосибирска и когда состоялся первый День города, рассказывает сотрудник Музея города Новосибирска Константин ГОЛОДЯЕВ.
21.06.2018 Газета Ведомости
Фото предоставлено государственным ансамблем «Чалдоны» - Советская Сибирь Катерина КОШКИНА Фото предоставлено государственным ансамблем «Чалдоны» В день 125-летия Новосибирска ансамбль «Чалдоны» порадует горожан новыми песнями Коллектив, который в следующем году отметит тридцатилетие,
21.06.2018 Советская Сибирь
Открыть оригинальное изображение - Министерство культуры В 22-й раз новосибирские актеры отметили завершение сезона в драматических театрах песнями на тему «Я из Сибири», организованного Новосибирским отделением Союза театральных деятелей Российской Федерации.
21.06.2018 Министерство культуры
В кинотеатре «Победа» вышел в прокат фильм «Дело Собчака», вызвавший у российской общественности волну обсуждения.
20.06.2018 Газета Ведомости
На сцене Новосибирского оперного прошли премьеры одноактных балетов Эдварда Клюга 13 и 14 июня известный румынский хореограф Эдвард Клюг впервые представил в НОВАТе свои одноактные балеты « Ssss ...
20.06.2018 Газета Бумеранг
День города-2018: спортивные площадки праздника - Мэрия Новосибирска 24 июня, в День города, управление физической культуры и спорта мэрии Новосибирска, МАУ «Стадион» подготовили разнообразную спортивно-развлекательную программу.
21.06.2018 Мэрия Новосибирска
Фан-зона на Михайловской набережной стала местом притяжения тысяч новосибирских болельщиков.
20.06.2018 Газета Ведомости
Сильные, крепкие, надёжные мужчины всегда в цене. По мнению первого вице-спикера Законодательного собрания Новосибирской области Андрея Панфёрова, сегодня — особенно.
20.06.2018 Газета Ведомости
Экстренное предупреждение! Дожди, грозы и усиление ветра! - МЧС Новосибирской области По данным ФГБУ «Западно-Сибирское УГМС», в ближайший час с сохранением в ночь 22 июня по северо-западу Новосибирской области ожидаются дожди, грозы, град, усиление ветра до 17-22 м/с, местами порывы до 25 м/с.
21.06.2018 МЧС Новосибирской области
Открыть оригинальное изображение - Правительство Новосибирской области По поручению главы Новосибирской области Андрея Травникова врио министра транспорта и дорожного хозяйства региона Анатолий Костылевский утром 21 июня провел внеплановую выездную проверку работ по устранению подтопления п
21.06.2018 Правительство Новосибирской области
На строительство бассейна «Фламинго» на ул. Зорге выделено 32 млн рублей из федерального бюджета — заявил сегодня мэр Новосибирска Анатолий Локоть на еженедельной встрече с журналистами.
21.06.2018 Мэрия Новосибирска