Пожалуй, все мы стремимся понять, из чего состоит окружающий мир, как разрабатывать новые материалы, почему люди болеют, и с помощью чего можно победить тот или иной недуг. С этой целью необходимо исследовать атомную структуру молекул, в частности белков и вирусов.
Для исследования структуры материалов учёные могут воспользоваться рентгеновским излучением. Для получения необходимого излучения можно воспользоваться рентгеновской трубкой, но иногда возникает ситуация, что её мощности оказывается недостаточно для решения поставленной задачи. Синхротрон является устройством для получения рентгеновского излучения большой интенсивности. Его рабочая область состоит из ускорителя и самого кольца, куда в будущем попадают электроны.
Одним из вариантов использования полученного синхротроном излучения является рентгеноструктурный анализ. Мы можем узнать структуру какого-либо вещества (его качественный и количественный состав), то есть узнать какие элементы в него входят и в каком соотношении.
СКИФ и комплекс «Смарт-сити» в Кольцово начнут строить летом 2022 года
Три года назад, в начале февраля 2018 года, президент России Владимир Путин на встрече с учёными СО РАН поддержал инициативу возведения в стране мощного инструмента, с помощью которого можно изучать структуру вещества на нанометровом уровне. Таким образом, отечественным учёным больше не нужно будет отправляться в другую страну, чтобы пользоваться оборудованием, соответствующим требованиям наших дней.
Что такое «СКИФ»
Флагманская установка класса mega science официально называется «Сибирский кольцевой источник фотонов» («СКИФ»), она должна стать наиболее совершенной и современной на планете. Центр коллективного пользования на площади в 30 га разрабатывается в рамках воплощения в жизнь нацпроекта «Наука» в наукограде Кольцово.
Синхротрон – это один из типов циклических ускорителей с кольцевой вакуумной камерой, где частицы ускоряются почти до скорости света (300 000 км/с), а мощные электромагниты, которые стоят на их пути, задают траекторию движения. В итоге появляется синхротронное излучение – крайне мощный рентген, дающий возможность изучать структуру любого вещества до атомного уровня. «СКИФ» должен помочь вернуть Академгородок в мировую науку.
Качество генерируемого излучения определяет класс синхротрона. «СКИФ» относят к поколению «4+», это делает установку самой совершенной по своим показателям в мире. На сегодняшний день в стране функционируют лишь синхротроны первого поколения, которые были созданы в 1970-е годы, но они значительно устарели, поэтому будущая установка должна стать заметным шагом вперёд.
Доктор физико-математических наук и замначальника проектного офиса Центра коллективного пользования «СКИФ» Ян Зубавичус полагает, что синхротрон является универсальным инструментом для того, чтобы решать поставленные задачи в прикладной и фундаментальной науке. Вопрос возведения комплексов подобного рода имеет отношение к политическому престижу России (он называет это «фактором технологической независимости»), ведь большое количество государств вкладывают средства, чтобы осуществлять исследования, пользуясь синхротронным излучением.
Как строят лучший в мире синхротрон
Учёный рассказал, что четвёртое поколение является «потолком» технологии, в скорой перспективе как-то усовершенствовать показатели синхротронов будет очень непросто. На сегодняшний день на планете функционирует лишь один синхротронный источник такого уровня – в Швеции. Также идут строительные работы установки четвёртого поколения в Бразилии, а во Франции синхротрон третьего поколения усовершенствуют до четвёртого.
Отметим, что ввести объект «СКИФ» в эксплуатацию должны примерно через три года, в 2024 году.
Почему проект «СКИФ» такой дорогостоящий
Была названа предположительная наибольшая стоимость проекта – 37,1 млрд руб. В постановлении правительства сообщается, что деньги распределяются по годам: за прошедший год вложили 1 млрд руб., в текущем году – 3,4 млрд руб., в 2022 году – 10,5 млрд руб., в 2023 году – 12,9 млрд руб., в 2024 – 9,3 млрд руб.
Зубавичус объясняет такую высокую стоимость проекта в первую очередь очень большим ускорителем, который наполнен сложным оборудованием, в частности сильными электромагнитами, прецизионными источниками питания, измерительными датчиками, контрольной электроникой.
Уточняется, что приблизительно 80% оборудования для СКИФа в планах произвести в РФ. Учёный полагает, что эксперты из Новосибирска имеют достаточные для этого компетенции. Так, в ИЯФ СО РАН должны спроектировать и изготовить ускорительный комплекс, который включает линейный ускоритель, бустер и основное кольцо-накопитель.
Учёный заключил, что исследовательское оборудование для установок и лабораторий придётся приобрести из других стран, но имеются некоторые вероятности, что сфера отечественного научного приборостроения будет возрождена, подобные проекты хорошо могли бы помочь в этом.
Перспективы, открытия и где можно использовать
Ян Зубавичус заявил, что излучение синхротрона даёт возможность осуществлять полезные даже на бытовом уровне исследования. Это отличает его от коллайдера, миссия которого заключается в попытке узнать тайны Вселенной, которые слабо связаны с обычной жизнью людей, уточнил он.
С помощью установки возможно заниматься изучением действия лекарственных препаратов, новых материалов, исторических артефактов, музейных экспонатов, а также разного рода устройств (аккумуляторы, батарейки, гибкие сенсорные экраны, самоочищающиеся покрытия, полимеры, каталитические конверторы для машин).
Зубавичус уточняет, что установка позволяет ускорить частицы до крайне высокой энергии в 3 ГигаЭлектронвольт (3 ГэВ). Подобную энергию мог бы получить электрон, когда пройдёт разницу потенциалов в 1 млрд вольт. В одно и то же время магниты сжимают пучок в поперечном сечении, в результате генерируемый фотонный луч становится крайне узким и остронаправленным, его можно сравнить с лазерной указкой.
Добавим, что свет от лампочки имеет такую же форму, как и свет, который получается из рентгеновской трубки, то есть он распространяется во все стороны. Синхротронное же излучение можно сравнить с лазером, можно сказать, что он имеет коллимированный свет (направленный по прямой).
Учёный продолжил, что в итоге размер подобного фотонного пучка может быть около 10 нанометров при длине волны меньше ангстрема. Он полагает, что способами просвечивания либо дифракции возможно изучение любых материалов на атомном уровне или быстропротекающих процессов в режиме реального времени. Зубавичус заключил, что установку можно назвать огромнейшим микроскопом, пишет sibnet.ru.
Особенности СКИФа, первые результаты работы и перспективы
Концепцию внешнего вида СКИФа создают проектировщики АО «ЦПТИ» (Центральный проектно-технологический институт). Главный архитектор региона Александр Авсейков заявил, что специалисты должны решить сложную задачу по разработке полноценного стилевого комплекса с единой ландшафтной и дорожно-транспортной сетью, где будут комфортные дорожки, смотровая площадка, теплые переходы между корпусами. В планах разделить территорию на 4 зоны: входную, основную, техническую и вспомогательную, сообщается на сайте областного правительства.
К июлю минувшего года сообщалось о завершении инженерных изыскательных работ на суммарной площади 27 га. Главный инженер проекта «СКИФ» Павел Белоусов подводил некоторые промежуточные результаты.
Он уточнил журналистам, что проводились камеральные работы, формировались отчёты по геологии, геодезии, завершились археологические изыскания. Белоусов добавил, что на площадке возведения объекта стоянок древних людей и каких-либо других признаков присутствия объектов культурного и исторического наследия не было найдено. Специалист также объяснил, что грунты на площадке соответствуют предписаниям, а все необходимые технические показатели будут учтены и соблюдены.
На проекте были задействованы свыше 130 экспертов проектировщиков АО «ЦПТИ».
Белоусов объяснил, что «СКИФ» является достаточно энергоёмким объектом, и в связи с этим в регионе планируют провести реконструкционные работы Барышевской подстанции. Он уточнил также о расчётной нагрузке на вводе энергопринимающих устройств «СКИФа» — 14,5 МВт. Число точек присоединения составляет 2, а напряжение питающей сети – 10 кВ. Главный инженер рассказал, что ведётся работы по возможной оптимизации электронагрузок, сообщает РБК.
Строительство должно стартовать в будущем году (2022). Ускорительный комплекс, а также сопровождающую инфраструктуру должны создать до завершения 2023 года. Напомним, что полноценно ввести объект в эксплуатацию должны в 2024 году.
В конце января 2021 года появилась информация о завершении проектирования синхротрона. Этой информацией поделилось ИА Интерфакс, ссылаясь на руководителя Института катализа СО РАН Валерия Бухтиярова. Сообщалось, что проектная документация будет направлена в Главгосэкспертизу через 2 месяца (в марте 2021 года). Должны быть сформулированы все замечания, а генподрядчик должен их устранить. Разрешение на возведение будет получено в том случае, если будет успешно пройдена Главгосэкспертиза, заявил начальник ИК СО РАН.
Работники ИЯФ СО РАН начали производство ускорительного оборудования для СКИФ. В институте намерены выполнить всю инжекторную часть, которая касается линейного ускорителя и бустерной части, а также ряд других систем. В планах выделить 12,5 млрд руб. для изготовления ускорительного оборудования.
В середине февраля 2021 года сообщалось, что студотряды будут работать на объектах проекта «Академгородок 2.0», в частности на возведении СКИФа, пишут «Новосибирские Новости».
Подписывайтесь на канал «Царьград» в Дзен
и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.
Источник: nsk.tsargrad.tv
Санкции Запада не помешают строительству СКИФа в Кольцово
СКИФ или Сибирский кольцевой источник фотонов – мечта ученых. Строят его в новосибирском наукограде Кольцово. Когда СКИФ заработает – это будет как покорение космоса. Человечество сможет заглянуть в те тайны вселенной, которые до сих пор были неведомы. Только в отличие от астронавтов, исследователям будущего не придется уноситься прочь от Земли.
Напротив, сильнейшие умы России смогут заглянуть вглубь знакомых веществ, материалов, рассмотреть их на уровне атомов. Но во время форума «Технопром-2022» встал вопрос: не помешают ли санкции строительству этого важного объекта? Директор ЦКП «СКИФ» Евгений Левичев ответил, что исходно проект предполагал примерно 90-процентную локализацию производства в России. А значит, санкции не должны помешать.
— Часть компаний по-прежнему готова поставлять оборудование для СКИФ, и в настоящий момент мы ищем варианты оплаты и логистические схемы доставки. Кроме того, находятся аналоги в дружественных или нейтральных странах (например, медные полые проводники-шины в Китае), — рассказал Евгений Левичев. — Частично прежние контракты могут быть компенсированы за счет налаживания производства в России, например, производство бескислородной меди во Владикавказе. С другой стороны, ИЯФ (институт ядерной физики) самостоятельно активизирует работы по импортозамещению, в том числе, разворачивает производство мощных СВЧ-клистронов, источников питания и других элементов.
Напомним, о создании СКИФа ученые просили президента России. Владимир Путин одобрил. А затем подписал Указ «О мерах по развитию синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры в Российской Федерации».
Строят кольцевой источник фотонов за счет федерального бюджета. Стоимость создания СКИФ — строительства комплекса зданий, а также разработки и изготовления оборудования — 47 миллиардов рублей.
То, что благодаря СКИФу получит отечественная наука, разумеется, стоит гораздо больше. Вот, как описал потенциал таких проектов Владимир Путин, выступая на «Технопроме-2018»:
«Нужно накапливать свои компетенции за счет международной кооперации – чрезвычайно важное направление. В том числе на эти цели направлено развитие в России новейших установок класса мегасайенс.
С их помощью ученым предстоит найти ответы на так называемые большие вызовы: исчерпание ресурсов, болезни, нехватка продовольствия, экология – за счет развития новых видов энергии, материалов, лекарств, качественных продуктов. Сейчас на выставке такие направления представлены.
В наших планах – создать сеть из таких установок: от подмосковного Протвино до новосибирского Академического городка и острова Русский во Владивостоке. Эти установки станут хорошим вкладом в решение задач пространственного развития России, в появление территорий с высокой концентрацией исследований и разработок. Одним из флагманов здесь должен стать новосибирский Академгородок – он и является таким флагманом, но будем всячески поддерживать это его качество».
Возможности, которые откроет перед наукой СКИФ – на грани фантастики. Сложная установка будет придавать ускорение электронам. Такое, что разгонятся они до скорости, близкой к скорости света. В своем движении электроны станут отдавать часть энергии в форме уникального излучения. Излучение, в свою очередь, позволит рассмотреть на атомном уровне структуру нужных материй.
Действие СКИФа будет подобно работе сверхмощного, ещё не существующего на земле микроскопа. При этом микроскоп сможет «просвечивать» объекты, видеть их насквозь.
Другое сравнение, которое уже применяют ученые, это сравнение с фонариком. Включаешь его, подносишь под луч света объект для исследования, и видишь его в малейших деталях.
Возможности применения «суперфонарика» — безграничны. Изучая, как действуют заданные вещества на таком уровне, можно будет создавать сверхэффективные лекарства и вакцины. Ученые смогут синтезировать новейшие образцы материи. О свойствах, которые она получит, пока можно лишь фантазировать. Может, это будет ткань, которую невозможно порвать, или клей, соединяющий разнородные материалы намертво… Фактически, мы сможем иначе взглянуть на устройство веществ и по-новому применить их качества.
Сам ЦКП «СКИФ» представляет собой комплекс из 34 зданий и сооружений, а также инженерного и технологического оборудования, обеспечивающий выполнение научных исследований на пучках синхротронного излучения. Строительство части зданий, которые необходимы для запуска инжекционного комплекса, закончат к концу 2023 года. В планах — уже в декабре 2023 года провести первый эксперимент.
К ЧИТАТЕЛЯМ
Если вы стали очевидцем ЧП или чего-то необычного, сообщите об этом в редакцию
Источник: www.nsk.kp.ru
Главный научный проект страны. «ТИТАН-2» приступил к активным работам по строительству ЦКП «СКИФ» в Новосибирской области
— Одна из ключевых задач, которую выполнили в апреле-мае, — это согласование и получение необходимой документации, — рассказывает управляющий проектом ЦКП «СКИФ» Института катализа СО РАН Иван Шмидт. — Прошёл конкурс на научно-техническое сопровождение строительства ЦКП «СКИФ». Такая процедура предусмотрена для технологически сложных объектов. Поскольку «СКИФ» — объект использования атомной энергии, есть важные вопросы, связанные с геотехническим мониторингом состояния основания, строительных конструкций и систем инженерно-технического обеспечения, отдельным вопросом является обеспечение повышенных требований к виброустойчивости со стороны оборудования ускорительного комплекса и термостабилизации технологических помещений. Победителем первого конкурса на научно-техническое сопровождение стал «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ). Подписан государственный контракт.
Кроме того, был проведен конкурс на определение технического заказчика и компании, осуществляющей строительный контроль. До середины июня планируется заключить соответствующий контракт.
— Подписаны договоры на проектирование временных сетей электроснабжения, на проектирование временных автодорог, зашёл в экспертизу договор на теплоснабжение, — продолжает Иван Шмидт. — Состоялись важные совещания для разъяснения ряда вопросов с региональными управлениями Роспотребнадзора, Ростехнадзора, Федерального казначейства. Также мы получили первый блок рабочей документации для строительства от генподрядчика АО «КОНЦЕРН ТИТАН-2». Разработчиком рабочей документации является АО «ЦПТИ». Служба заказчика ведёт рассмотрение и корректировку полученных комплектов.
45 тысяч свай для СКИФа
Что касается работ непосредственно на площадке, то АО «КОНЦЕРН ТИТАН-2» приступил к разработке котлованов для всех основных зданий объекта капитального строительства ЦКП «СКИФ»: зданий накопителя, инжектора, административного и лабораторного корпусов.
Согласована программа испытаний грунта, армированного набивными сваями в раскатных скважинах. Такое основание будет под всеми вышеупомянутыми объектами. Всего будет более 45 тысяч свай, они будут уходить на глубину 9 метров. Строители уже приступили к испытаниям.
Идёт вывоз верхнего плодородного слоя земли. Грунт вывозится на согласованные с наукоградом Кольцово площадки: муниципалитет использует эту землю для отсыпки полигона ТБО, а также для формирования горнолыжного спуска.
Кроме того, сейчас началось сооружение временной объездной дороги: формируется и уплотняется основание, ведётся отсыпка.
— Совместно с научным коллективом ЦКП «СКИФ» мы также продвинулись в понимании процедуры проектирования и создания оборудования экспериментальных станций. Рассчитываем к середине июня объявить конкурсы на запуск изготовления, — подчёркивает Иван Шмидт.
Началась крупноблочная сборка бустера
Работы по созданию ЦКП «СКИФ» идут не только на строительной площадке. Так, в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) началась сборка первых сегментов синхротрона-бустера для ЦКП «СКИФ».
Синхротрон состоит из сотен компонентов — магнитов, вакуумных насосов, элементов диагностики пучка и т. д., которые устанавливаются на специальной подставке с точностью в несколько десятков микрометров (толщина человеческого волоса) относительно расчётного положения. Осуществлять сборку в тоннеле ускорителя долго, неудобно и неэффективно. Поэтому в лаборатории, оснащённой современными измерительными инструментами, элементы ускорителя монтируются в крупные блоки, а затем относительно небольшое число таких сегментов переносится в тоннель и соединяется друг с другом.
Бустерный синхротрон ЦКП «СКИФ» — промежуточный кольцевой ускоритель периметром 158 м, «разгоняющий» пучок электронов от энергии 200 МэВ до 3000 МэВ. Он состоит из большого количества сложного электрофизического и вакуумного оборудования, которое должно быть собрано, соединено и установлено с высокой точностью. Ошибки выставки могут привести к потере качества пучка и даже его гибели.
В настоящее время в ИЯФ СО РАН полным ходом идёт серийное производство оборудования бустера. Для его установки и сборки крупноблочных сегментов используются специальные подставки (иногда можно услышать название «гирдеры», от girder — ферма, несущая конструкция), которые производит по заказу ИЯФ СО РАН АО «Воткинский завод». Посадочные поверхности гирдеров изготавливаются с высокой точностью и снабжены прецизионными механизмами для регулировки положения элементов ускорителя и их фиксации. Для обеспечения гарантии стабильности конструкции во времени подставки должны отжигаться для снятия внутренних напряжений в металле. АО «Воткинский завод» оснащён всем необходимым оборудованием, включая печи для отжига, станки, которые позволяют прошлифовать с точностью до 20 микрон четырёхметровые изделия, и т. д.
— Для бустерного синхротрона необходимо 43 гирдера. К настоящему моменту мы получили первые 13 из них, — комментирует помощник директора ИЯФ СО РАН по реализации проекта ЦКП «СКИФ» Сергей Гуров. — Остальные будут поставлены в институт партиями до сентября 2022 г. Длина гирдеров разная и в зависимости от оборудования, которое должно быть на них установлено, составляет от двух до четырёх метров. Вес гирдера около тонны, а вместе с оборудованием — более трёх тонн».
— Определяющим в конструкции является обеспечение жёстких требований к выполнению параметров (допуск до 50 микрон), необходимых для установки оборудования, — подчёркивает руководитель группы отдела главного конструктора по изделиям промышленного назначения АО «Воткинский завод» Денис Плехов. — Технологическими службами предприятия выдан и согласован с ИЯФ СО РАН ряд предложений по внесению изменений в конструкцию под специфику нашего производства, при этом не ухудшая, а местами и улучшая характеристики изделия. Внесённые изменения оправдали себя по результатам комиссионной приёмки первых гирдеров бустера.
При поступлении в институт качество изготовления всех подставок проверяется с помощью лазер-трекера — прибора, который позволяет определять пространственные координаты с точностью лучше 20 микрон на базе в 4 м. Использование таких приборов даёт возможность геодезистам ИЯФ СО РАН выставлять элементы бустера на подставке со среднеквадратичной точностью лучше 50 микрон относительно проектного положения.
В настоящее время в институте начата сборка гирдеров. Самый первый сегмент собран, и его монтаж показал, что всё оборудование изготавливается ИЯФ СО РАН и АО «Воткинский завод» с требуемым качеством и точностью. По мере дальнейшего производства элементов ускорителя и подставок будут собираться новые сегменты установки. Это позволит в конце 2023 года, когда будет готово здание инжекционного комплекса, быстро и эффективно, как конструктор из готовых блоков, собрать весь синхротрон.
Сотрудничество с учёными
За ходом строительства пристально наблюдает научное сообщество всей страны. И это не случайно, ведь ЦКП «СКИФ» открывает новые перспективы в научно-исследовательской деятельности. В мае прошло несколько серьёзных событий: в Новосибирске побывала делегация Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».
Гости провели совещания в ИЯФ СО РАН и в Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), где обсудили вопросы сотрудничества с сибирскими учёными. Также в ИК СО РАН прошла публичная лекция о металл-ионных аккумуляторах члена-корреспондента РАН Евгения Антипова (МГУ, Сколтех, Москва). В ходе встречи обсуждалась необходимость использования синхротронного излучения и перспективы СКИФ для такого рода исследовательских задач.
Несколько недель назад в Новосибирске работал директор Департамента бюджетных инвестиций Министерства науки и высшего образования Российской Федерации Рустем Даутов. В ходе визита он посетил ИЯФ СО РАН, ИК СО РАН и стройплощадку СКИФ.
Делегация Совета Федерации Федерального Собрания Российской Федерации также не обошла своим вниманием разработки и планы учёных. В ходе визита делегация познакомилась с экспериментальным производством ИЯФ СО РАН, в том числе с участками производства оборудования для СКИФ.
Словом, строительству ЦКП «СКИФ» уделяется внимание на всех уровнях власти.
По материалам пресс-службы ЦКП «СКИФ», подготовила Ольга Исаева, специально для «Маяка»
Источник: mayaksbor.ru
В Новосибирске началось строительство центра СКИФ
В Новосибирске стартовало строительство центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ). Губернатор Новосибирской области Андрей Травников заявил, что для создания СКИФ проделана большая работа в регионе.
«Сейчас мы находимся на старте не менее важного этапа — строительства с его жесткими сроками, я уверен, что к концу 2023 года на этой площадке появятся 29 новых зданий, будут созданы условия для первых исследований для новосибирских и российских ученых», — сказал Травников.
«Сегодня важный день для будущего науки! Здесь, в Кольцово, мы дали старт началу строительства одной из мощнейших в мире установок класса «мегасайенс», включающий ускорительный комплекс, экспериментальные станции и лабораторный корпус. Этот проект реализуется по указу президента в рамках национального проекта «Наука и университеты». И символично, что строительство мы начинаем в Год науки и технологий», — сказал заместитель председателя Правительства РФ Дмитрий Чернышенко.
Министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков отметил, что на данный момент определен круг задач, которые планируется решать на шести станциях центра СКИФ, которые построят в рамках первой очереди.
«Это расшифровка структуры биополимеров, механизмы функционирования живых организмов, передача наследственной информации, поведение вирусов, механизм действия лекарственных препаратов, создание новых материалов и многое другое», — сказал Фальков.
Глава Минобрнауки добавил, что СКИФ построят на основе разработок российских специалистов из отечественных материалов, что говорит о преемственности и перспективе российской науки.
Огромный бруствер диаметром 250 метров, разгоняющий поток фотонов до скорости света займет более 30 га площади. На базе центра будет создано более 30 новых лабораторий мирового уровня, в том числе для исследований в области биотехнологий и вирусологии. Создание СКИФ и первой станции должно быть завершено до конца 2023 года. Ввод в эксплуатацию запланирован на 2024 год.
Источник: nsk.rbc.ru