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
 
Факультет иностранных языков (ФИЯ) НГПУ в шестой раз выиграл конкурс Программы Фулбрайта на право принять на стажировку носителя языка в качестве ассистента преподавателя английского языка.
19.09.2018 НГПУ
Технопарк Новосибирского Академгородка объявляет конкурс на лучший эскиз граффити/картины/творческой работы для одной из самых популярных площадок города: пространства коллективной работы «Точка кипения».
19.09.2018 Минэкономразвития
Зачисленным на очное отделение студентам, получающим пенсию по случаю потери кормильца, необходимо представить в Пенсионный фонд справку из учебного заведения, для того чтобы выплата была продлена и далее.
19.09.2018 Газета Бумеранг
Татуировка, пирсинг и «кислотный» цвет волос — это не повод удалять школьника с урока.
18.09.2018 Газета Ведомости
Что делать, если в школе требуют деньги за учебники? Может ли администрация школы обязать родителей покупать форму у конкретного производителя?
12.09.2018 Газета Ведомости
Бойцы СОБР и полиция в Пашино задержали мужчину, убившего таксиста в Новосибирске - Бердск-Онлайн.Ru Автор:  Редактор, видео ГУ МВД по НСО. Фото pixabay.com Видео.  Найти преступника удалось по видеонаблюдению Новосибирская полиция задержала жителя Калининского района подозреваемый в убийстве водителя такси.
19.09.2018 Бердск-Онлайн.Ru
Увидеть своими руками - Газета Ведомости «Ведомости» побывали на уникальной выставке макетов архитектурных памятников Новосибирска и Санкт-Петербурга в ГПНТБ и узнали,
19.09.2018 Газета Ведомости
«Pure noise» представил Евгений Осокин в театре «Старый дом» В сентябре новое выставочное пространство «Старого дома» наполнилось фотоработами глитч-арт-выставки Евгения Осокина.
19.09.2018 Газета Бумеранг
Новосибирская филармония открыла 82-й концертный сезон В этом году открытие сезона совпадает с другим важным событием в жизни филармонии и Новосибирска в целом.
19.09.2018 Газета Бумеранг
Новосибирский Художественный музей на полтора месяца стал мировым центром современного графического искусства Вторая Новосибирская международная триеннале современной графики представляет около 500 работ ведущих худож
17.09.2018 Газета Ведомости
Музыка Парижа в филармонии, открытие оперного сезона в НОВАТе, встреча с Кшиштофом Занусси в «Победе» и другие события недели.
17.09.2018 Газета Ведомости
Поздравляем Александра Карелина с днём рождения - Единая Россия Новосибирское Региональное отделение партии «Единая Россия» поздравляет с днём рождения трёхкратного Олимпийского чемпиона по греко-римской борьбе, депутата Государственной Думы,
19.09.2018 Единая Россия
Фестиваль инклюзивного спортивного ориентирования прошел в НГУ Идея проведения Фестиваля принадлежит доценту кафедры физической химии Факультета естественных наук НГУ Екатерине Пархомчук.
19.09.2018 Газета Бумеранг
Как тысячи новосибирцев провели один из выходных — в фоторепортаже Валерия ПАНОВА   Не успел «отшуметь» Сибирский фестиваль бега,
18.09.2018 Газета Ведомости
Какие крупные спортивные объекты строятся в Новосибирской области? «Армада» в Краснообске открылась меньше двух недель назад.
11.09.2018 Газета Ведомости
На «Дельфине» стартовал военно-спортивный фестиваль С 8 по 23 сентября на ОбьГЭСе проходит фестиваль «В зоне особого внимания: осенний призыв».
12.09.2018 Газета Бумеранг
В Новосибирске замыкание электропроводки привело к пожару с эвакуацией людей - МЧС Новосибирской области Очередной пожар с массовой эвакуацией людей произошел в Ленинском районе Новосибирска, а виной всему - короткое замыкание электроудлинителя, в который был подключен холодильник.
19.09.2018 МЧС Новосибирской области
Более 20 благоустроенных общественных пространств, парков и скверов появится до конца года в Новосибирской области - Единая Россия В активной стадии находятся запланированные на 2018 год работы по благоустройству в рамках приоритетного проекта «Городская среда» в Новосибирской области.
19.09.2018 Единая Россия
Путин пообещал поддержать избранных губернаторов в достижении общенациональных идей - Курьер.Среда.Бердск Особое внимание президент обратил на то, что граждане не просто сделали выбор в пользу того или иного кандидата и партии, но и показали, с чем они согласны, а с чем — не согласны, и что ожидают от власти.
19.09.2018 Курьер.Среда.Бердск
В дома новосибирцев тепло придёт не позднее 24 сентября Департамент энергетики, жилищного и коммунального хозяйства Новосибирска опубликовал проект постановления, в котором указал даты начала отопительного сезона в городе.
18.09.2018 НГС.Новости