Сибирский кольцевой источник фотонов – универсальный инструмент для генерации научных знаний. Интервью с директором ЦКП «СКИФ» Евгением Левичевым
Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера спустя десятилетия работы на переднем крае науки создает установки для мировых открытий. Продолжается строительство источника синхротронного излучения СКИФ с уникальными параметрами. Публикуем выдержки из интервью издания «Научная Россия» с директором ЦКП «СКИФ» Евгением Борисовичем Левичевым – доктором физико-математических наук, членом-корреспондентом РАН, заместителем директора по научной работе ИЯФ СО РАН (беседовала Анастасия Рогачева).
– Поговорим о подготовке одного из самых ожидаемых проектов – Сибирского кольцевого источника фотонов. Что эта установка даст современной физике?
– Как любой источник синхротронного излучения, будущий СКИФ станет многофункциональной установкой. Она даст много не только физике. Число методик, которые используются на синхротронном излучении, исчисляется десятками, если не сотнями. А интерес к таким установкам проявляют не только физики. Сегодня с синхротронами работают химики, биологи, микробиологи, геологи и даже археологи.
Если говорить про СКИФ, то нам удалось сделать параметры этой установки в некотором смысле рекордными. По сравнению с его «одноклассниками» – источниками синхротронного излучения с энергией электронов до 3 ГэВ (или 3 млрд эВ) – у СКИФ будет самая большая яркость. Это значит, что мы сможем проводить в некотором смысле более современные и уникальные эксперименты. Прямо сейчас ученые из разных институтов Сибирского отделения РАН как раз разрабатывают экспериментальные станции – исследовательское оборудование, которое должно задействовать уникальные свойства СКИФ.
– Часто упоминается, что в рамках проекта СКИФ создается синхротрон поколения 4+. Оно и характеризует увеличенную яркость установки, о которой вы говорите?
– Верно. В физике источники синхротронного излучения принято делить на поколения. Каждое новое поколение увеличивает эффективность работы установки примерно на один порядок. Так, установки первого поколения в основном работали на физику частиц. Но когда программа по физике частиц заканчивалась, 10–20% времени выделялись на синхротронное излучение.
Постепенно научное сообщество осознало, что эксперименты с синхротронным излучением тоже очень интересны и могут реализовываться в самых разных науках. Так появилось второе поколение – установки, созданные только для экспериментов с синхротронным излучением. Далее возникли еще более продвинутые машины – третье поколение. Сегодня они составляют максимальное число. В мире работают около 30 таких установок. За прошедшие два-три десятилетия именно они дали максимальные результаты. В частности, ряд Нобелевских премий получены за эксперименты с использованием синхротронного излучения.
К сожалению, в России отсутствуют подобные установки третьего поколения. Ускорители первого и второго поколений у нас были и есть, но когда весь мир начал строить источники третьего поколения, в нашей стране произошла перестройка и стало сразу не до источников. То есть этот период мы пропустили.
К счастью, совсем недавно в России появилась возможность тратить довольно большие деньги на серьезную научную инфраструктуру, поэтому мы смогли приступить к созданию СКИФ, синхротрона четвертого поколения. <…>
– В октябре 2022 г. стало известно, что состоялся запуск первой очереди линейного ускорителя, собрана инжекционная часть и проведены ее испытания. Насколько успешными они были?
– <…> Прямо сейчас идет активная работа по изготовлению магнитной системы и вакуумных камер ускорителей. И одно из ключевых мест ускорителя – это, собственно, инжектор, устройство, в котором производятся первые электроны, первый электронный пучок, который затем ускоряется.
Ясно, что ускорить пучок сразу до энергии в 3 млрд эВ довольно тяжело. Поэтому мы используем каскадную схему инжекции, когда несколько установок ускоряют пучок до конечной величины. В нашем случае это линейный ускоритель с энергией 200 МэВ. Затем пучок из линейного ускорителя инжектируется в бустерный, или промежуточный, синхротрон, который ускоряет пучок электронов уже до 3 ГэВ. На всем этом ускорительном пути, пожалуй, самый тяжелый участок – это первые метры. На электроны с низкой энергией могут влиять самые разные возмущающие факторы – например, магнитное поле Земли или металлические, стальные конструкции, расположенные недалеко от пучка. Поэтому перед командой стоит сложная задача: правильно скомпоновать и спроектировать первую часть ускорителя, где электроны становятся релятивистскими, то есть частицами со скоростью, близкой к скорости света.
Не дожидаясь, пока будут готовы здания для СКИФ, мы решили сами сделать у себя в Институте ядерной физики первую часть линейного ускорителя. Она состоит из источника электронов, который мы называем «электронная пушка», и некоторых других составных частей. В октябре была запущена самая первая часть ускорителя – порядка 1,5 м. Нам удалось ускорить электроны до энергии примерно в 1 МэВ и разогнать их до релятивистской скорости, когда сами электроны уже меньше «боятся» возмущающих факторов. Мы измерили все параметры, они оказались хорошими. То есть параметры пучка соответствуют проектным.
Мы столкнулись и с негативным влиянием санкций. Часть оборудования, которую мы планировали закупить у иностранных компаний, пришлось в короткие сроки создавать самим силами коллектива ИЯФ. Например, наши инженеры разработали хороший модулятор (источник высоковольтных очень коротких импульсов) с отличными параметрами. На мой взгляд, это весомый шаг. Поэтому на данном этапе мы уже получаем пучок с требуемыми параметрами. Пока все идет по плану. <…>
– Когда следует ожидать завершения строительства и запуска установки?
– По плану в конце 2023 г. должна быть готова существенная часть инжектора, который включает линейный ускоритель и бустерный синхротрон. На этом этапе ученые смогут работать уже непосредственно с пучком в наукограде Кольцове (где строится СКИФ), если строители успеют построить соответствующие здания. А в конце 2024 г. мы планируем приступить к пусконаладке всего комплекса в целом и начать работу с пучками синхротронного излучения, постепенно создавая экспериментальные станции. На стройке сейчас завершен подготовительный период. Идет этап рабочего проектирования.
Также Евгений Борисович Левичев отметил, что важным фактором для работы такого крупного передового комплекса является подготовка кадров. Уже существуют программы подготовки, и исследователи рассчитывают на скорейшее вхождение выпускников вузов в развитие проекта:
– После запуска инжектора мы планируем его больше не останавливать, чтобы молодая команда СКИФ проходила на нем обучение и осваивала современное оборудование, часть из которого – уникальное. Поэтому одновременно с обучением необходимо внедрять практику на реальной установке, чтобы к моменту запуска всего большого и сложного комплекса у нас был достаточный штат для работы. <…>
Фото: Евгений Борисович Левичев. Автор: Антон Веселов. Предоставлено пресс-службой ЦКП «СКИФ»