Ярче Солнца: как под Новосибирском строили СКИФ — от идеи до мирового рекорда

Сегодня в Кольцово официально открывается Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ) — установка класса «мегасайенс», не имеющая аналогов в мире. Вчера, 11 августа, старт работе объекта дал президент России Владимир Путин, посетивший стройку века и оставивший подпись на памятной табличке. Корреспондент Сиб.фм работает на месте события, а мы тем временем вспоминаем, какой долгий и тернистый путь прошли ученые, чтобы синхротрон «ярче Солнца» заработал в сибирской тайге.

Идея, рожденная в Новосибирске

История СКИФа началась задолго до того, как на площадке появились первые строители и бетонные кольца. Еще в советское время и в непростые 90-е годы физики Института ядерной физики СО РАН участвовали в создании синхротронов в России, Европе и США. Но мечтой было построить собственную установку последнего, четвертого поколения — такую, которая позволила бы изучать вещество вплоть до отдельных атомов, не выезжая за границу.

Прорыв произошел в марте 2018 года, когда во время визита в Новосибирск ученые предложили президенту Владимиру Путину создать в Академгородке центр синхротронного излучения. Глава государства идею поддержал:

«Сроки, которые вы назвали, вполне обозримые, понятные, и стоимость тоже приемлемая. Это все можно сделать, так что давайте готовьте предложение».

Уже к концу 2018 года проект получил имя — «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ). Заказчиком выступил Институт катализа СО РАН, а генеральным конструктором и изготовителем уникального оборудования — Институт ядерной физики СО РАН.

Кольцо надежд: как разгоняют электроны

С высоты птичьего полета СКИФ выглядит как гигантское кольцо, и это не случайно. Общий периметр накопительного кольца составляет 476 метров. Оно состоит из 112 «звеньев» — специальных подставок (гирдеров) с магнитно-вакуумными сборками весом до 4,5 тонн. Точность установки этих элементов поражает воображение: отклонение не более 50 микрон (примерно толщина детского волоса) на длине почти 4 метра.

Схема работы установки сложна, но логична. Сначала в линейном ускорителе (линаке) электроны рождаются и разгоняются до энергии 200 миллионов электронвольт. Затем пучок попадает в бустерное кольцо, где разгоняется до 3 миллиардов электронвольт, и лишь потом отправляется в основное кольцо-накопитель.

«Дело в том, что в циклических ускорителях невозможно ускорять электроны, начиная с нулевой энергии. Если у нас в розетке 200 вольт, то эта энергия находится в районе 200 млн электронвольт. Именно столько необходимо, чтобы залететь в кольцо и потом уже ускориться до 3 млрд эВ», — объяснял директор ИЯФ СО РАН, академик Павел Логачев.

Специально для СКИФа сибирские физики создали уникальный сверхмощный усилитель — клистрон. Как подчеркивал Павел Логачев, это «двигатель» установки, к которому институт шел 30 лет и который стал результатом работы нескольких поколений исследователей.

Мировой рекорд: в триллион раз ярче

Главное достоинство СКИФа — его уникальная яркость. По этому показателю установка стала абсолютным рекордсменом среди синхротронов сопоставимого класса, включая как действующие, так и строящиеся объекты в мире. СКИФ обладает рекордно малым фазовым объемом пучка (эмиттансом) для машин с энергией 3 ГэВ.

«Яркость излучения СКИФ позволит многочисленным пользователям — биологам, химикам, специалистам в области катализа, материаловедам, геологам — проводить исследования в условиях, недоступных для других подобных установок, тем самым существенно повышая потенциал возможных открытий», — отмечал директор ЦКП «СКИФ» Евгений Левичев.

Как подчеркивал глава Минобрнауки Валерий Фальков, СКИФ создает лучи, которые в 1 триллион раз ярче поверхности Солнца.

Испытания санкциями и стройка века

Легкой стройка не была. В 2020 году проект столкнулся с пандемией COVID-19: проектировщиков перевели на удаленку, а схему финансирования пришлось менять, чтобы успеть к срокам. Строительство началось в 2021 году, а уже осенью 2022-го были получены первые пучки электронов.

Затем грянули санкции. Перед учеными встала задача импортозаместить сотни позиций оборудования, особенно для экспериментальных станций. С этой задачей они справились, привлекая российские научные организации и высокотехнологичные предприятия.

Строительство научного комплекса завершилось 20 июня 2026 года. Сегодня это огромный центр коллективного пользования — комплекс из 34 зданий и сооружений с уникальным инженерным и технологическим оборудованием.

Семь станций — семь направлений

В первой очереди СКИФа запускается семь экспериментальных станций, каждая из которых — это отдельная научная вселенная:

• «Микрофокус» — изучение сверхмалых объектов размером до 200 нанометров;

• «Структурная диагностика» — исследование вещества на атомно-молекулярном уровне;

• «Быстропротекающие процессы» — изучение материалов в условиях мощных взрывов и высоких температур;

• «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» — анализ функциональных материалов в «работающем» состоянии;

• «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» — получение контрастных изображений конструкционных материалов и живых организмов;

• «Электронная структура» — исследование катализаторов и элементов микроэлектроники;

• «Базовые методы синхротронной диагностики» — образовательная станция для подготовки новых кадров.

Официальный пуск СКИФа ускорил и научную программу. Как сообщала замгубернатора Новосибирской области Ирина Мануйлова, первый научный эксперимент на синхротроне ожидается уже в сентябре — он будет связан с созданием нового полиэтилена.

Сегодняшнее открытие — только начало большого пути. СКИФ — это не просто здание и оборудование, это новая философия науки, которая позволит российским исследователям совершать открытия мирового уровня, не покидая пределов родной страны. И теперь это не мечта, а реальность.

Что ещё почитать об открытии СКИФ на Сиб.фм:

Гигантский рентген с «бесконечным зумом»: как в Новосибирске создавали СКИФ — новые и архивные фото