Зачем под Новосибирском строят установку Синхротрон СКИФ

В городе Кольцово возле Новосибирска в 2021 году начали строительство специализированного источника синхротронного излучения СКИФ. Этот объект, чья оценочная стоимость составляет несколько десятков миллиардов рублей, обладает значительными перспективами для научного, технологического и экономического развития. Давайте разберемся, что Синхротрон СКИФ представляет собой, и какие исследования собираются проводить с его помощью?

Началось все в 1895 году, когда немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген обнаружил новый вид лучей, способных проникать сквозь плотные материалы. Это открытие открыло широкие возможности для науки. Теперь ученые могли заглянуть внутрь твердых предметов, не нарушая их целостность, а медики — внутрь человеческого организма.

Открывший рентгеновские лучи немецкий ученый стал первым лауреатом Нобелевской премии. Исследования в этом направлении продолжил еще один немецкий физик — Макс фон Лауэ. Он использовал лучи для исследования кристаллических тел. В 1912 году он открыл дифракцию рентгеновских лучей и в 1914 тоже получил Нобелевскую премию.

Разработки Рентгена и фон Лауэ положили начало появлению нового направления в физике — рентгеновской кристаллографии. Сегодня такие исследования используются в самых разных областях человеческой деятельности, от создания новых сплавов, до изобретения лекарственных препаратов.

Открытие советских ученых

На раннем этапе для изучения кристаллических тел использовали обычные рентгеновские трубки. Но в 1944 году советские физики Дмитрий Иваненко и Исаак Померанчук сделали важное открытие. Они теоретически установили, что электроны, если их разогнать до релятивистских скоростей, вращаясь по круговой траектории, будут сбрасывать часть энергии, обосновав таким образом принцип синхротронного излучения (СИ).

Практические эксперименты показали, что физики были правы. Во время экспериментов в ускорителях исследователи заметили яркий белый луч, на который уходила часть энергии электронов. Его назвали синхротронным излучением. Сначала его считали «паразитным», то есть бесполезным.

Но дальнейшие опыты показали, что спектр СИ чрезвычайно широк: он включает и видимый свет, и ультрафиолет, и инфракрасное, и, что самое важное, рентгеновское излучение. Это означало, что открытое излучение имеет огромный потенциал для изучения самых различных веществ.

Микроскоп для самых дотошных

Основатель новосибирского Института ядерной физики академик Г. И. Будкер однажды назвал ускорители частиц «микроскопами современной физики». Если обычный, оптический микроскоп использует для получения изображения поверхности объекта свет, то картина рассеяния пучка заряженных частиц позволяет судить о его внутреннем строении.

С увеличением энергии частиц повышается яркость и четкость изображения. Возможности синхротронного излучения значительно превышают на много порядков возможности рентгеновского, с которого все начиналось. С его помощью можно  изучить внутренне строение материалов до атомного уровня.

Сегодня в мире работают более сотни кольцевых ускорителей. Самый известный и мощный из них — Большой адронный коллайдер в Швейцарии. Основная задача этих установок — решение теоретических вопросов. Для практических задач их используют нечасто.

Для практического применения с середины 80-х годов начали строить отдельные ускорители частиц. В России работают две такие установки — в Институте ядерной физики Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) и в Курчатовском институте в Москве. Их излучение не слишком яркое и поэтому оборудование относят к 1 и 2 поколению. Для серьезных исследований в области структурной биологии, химии и материаловедения они подходят плохо.

Когда-то российские ученые могли использовать возможности Большого адронного коллайдера. Но Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) в 2022 году разорвала договор о сотрудничестве с РФ. Доступа к самому эффективному рабочему инструменту потеряли 500 российских специалистов.

В чем уникальность СКИФА

В настоящее время самыми актуальными считаются установки 4 поколения и выше. Чтобы преодолеть это отставание, в Кольцове начали строить синхротрон СКИФ — Сибирский кольцевой источник фотонов. После введения в эксплуатацию он получит класс мегайсайенс поколения 4+. Если СКИФ будет запущен, то по нескольким параметрам он сможет превосходить самые передовые зарубежные аналоги.

Область применения СКИФА поражает своей широтой. Установку будут использовать в исследованиях структуры различных органических и неорганических веществ, решать вопросы, связанные с генетикой, фармакологией, биомедициной, геохимией, авиастроением и космосом, энергетикой и нефтегазовой отраслью.

Синхротрон СКИФ — это не только уникальное оборудование, но и 34 здания и сооружения, самое большое из которых имеет форму кольца с диаметром 230 метров. В нем находится основной элемент комплекса — ускорительное кольцо, длина которого составляет 476 метров.

СКИФ для науки или для распила?

Большая часть оборудования ускорительного комплекса уже изготовлена. К концу 2024 года работы должны быть завершены. Однако существует высокий риск коррупции, который сопровождает крупные государственные проекты, такие как СКИФ. Это связано с большими суммами выделенных средств и сложностью контроля за их использованием.

Реализация проекта СКИФ оценивается примерно в 37,1 миллиарда рублей. Эти средства включают затраты на строительство, оборудование, инфраструктуру и эксплуатацию комплекса. Финансирование проекта осуществляется из государственного бюджета РФ, с возможным привлечением частных инвестиций и международных грантов для поддержки и развития научных исследований.

СКИФ обладает значительными перспективами для научного, технологического и экономического развития, а также международного сотрудничества. Для их реализации важен всесторонний контроль и прозрачность в финансировании, чтобы избежать того, что было на Олимпиаде в Сочи 2014 или при строительстве Космодрома Восточный. Ведь в крупных государственных проектах нередко бывают случаи хищений и злоупотреблений.

Смотрите также — 5 заброшенных суперпроектов СССР, отнимающих дар речи одним своим видом