ЦКП «СКИФ»
СПРАВКА
к заседанию комиссии Госсовета по направлению «наука» в рамках проведения Международного форума технологического развития «Технопром» по реализации проекта «Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов»
(ЦКП «СКИФ»)»
Установка класса «мегасайенс» Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») — источник синхротронного излучения поколения «4+» с энергией 3 ГэВ, имеющий минимальный эмиттанс среди всех существующих источников синхротронного излучения и достигающий дифракционного предела
на энергии фотонов 1 кэВ. ЦКП «СКИФ» создаётся в рамках национального проекта «Наука и университеты» с целью реализации современной отечественной сети источников синхротронного излучения нового поколения в России.
Работы по созданию ЦКП «СКИФ» начались в 2019 году. Ввод
в промышленную эксплуатацию источника планируется до конца 2024 году.
Реализация проекта позволит на десятилетия обеспечить Сибирский регион высокопроизводительной современной инфраструктурой для решения актуальных задач материаловедения, биологии и медицины, создать условия для проведения исследований и разработок, соответствующие современным принципам организации научной и инновационной деятельности. Центр позволит сконцентрировать, закрепить и развить региональные интеллектуальные и инфраструктурные ресурсы для обеспечения выхода российских научных, образовательных организаций и производственных компаний на глобальные рынки знаний и технологий.
Финансирование реализации проекта осуществляется в рамках национального проекта «Наука и университеты».
Реализация проекта с учетом его включения в территориально-распределенную сеть объектов синхротронных и нейтронных исследований, а именно эта ключевая идея лежит в основе федеральной научно-технической программе, разработанной в соответствии с Указом Президента Российской Федерации № 356, позволит развить интеллектуальные и инфраструктурные ресурсы для обеспечения выхода российских научных, образовательных организаций и производственных компаний на глобальные рынки знаний
и технологий.
Особенностью ЦКП «СКИФ» является рекордно сверхмалый эмиттанс (75 пм×рад), позволяющий отнести источник синхротронного излучения
к поколению 4+. Этот параметр обеспечивает высокую яркость излучения,
а также преимущество в использовании методик, требующих высокой когерентности и нанофокусировки пучков (когерентного дифракционного имиджинга, рентгеновской фотон-корреляционной спектроскопии и многих других).
Эмиттанс – одна из основных характеристик источника синхротронного излучения, определяющая «ценность» установки для пользователей. Чем меньше эмиттанс, тем ярче излучение и тем привлекательней источник для исследователей. Например, при прочих равных условиях излучение источника синхротронного излучения поколения 4+ СКИФ (эмиттанс 0.075 нм)
в два с лишним раза ярче излучения из источника синхротронного излучения четвертого поколения MAX-IV (Швеция, эмиттанс 0.17 нм) и в 1066 раз ярче излучения из источника второго поколения установки КИСИ, работающей
в НИЦ «Курчатовский институт».
Задачи, которые планируется решать на установке:
создание каталитических технологий нового поколения, в том числе для конверсии углеводородов природного происхождения в высококачественные моторные топлива;
создание экологически безопасных технологий для металлургии, включая получение чистых металлов и сплавов с уникальными характеристиками;
создание технологий для разведки и добычи ресурсов;
создание генетических технологий для медицины и сельского хозяйства;
создание технологий для обеспечения биобезопасности (на базе ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора) – средств обнаружения патогенов, разработка вакцин и лекарственных препаратов для терапии ряда заболеваний, включая противовирусные и антибактериальные препараты;
создание новых квантовых материалов для наноэлектроники, спинтроники и плазмоники;
исследования нейтрон-ядерных сечений в широком диапазоне энергий;
исследования радиационной стойкости электроники (электронных компонентов и изделий) при воздействии, в том числе космических лучей;
неразрушающий анализ ядерного и изотопного состава материалов
и систем, объектов исторического наследия, изделий, подвергшихся сильному облучению, анализ технологических процессов, например, сварки;
создания новых материалов и изделий, а также совершенствование существующих, на основе исследования свойств веществ и материалов
на микроскопическом уровне
исследования динамики изменения магнитных свойств и положения легких атомов в структуре биологических объектов, визуализации крупных изделий техники в режиме in-operando.
Объект ЦКП «СКИФ» представляет собой единый комплекс зданий, инженерного и технологического оборудования, обеспечивающий выполнение международных научных исследований на пучках синхротронного излучения.
Здания, сооружения и технологическое оборудование разделяются
на основные и вспомогательные.
Основное здание представляет собой круг диаметром около 230 метров, внутри которого находится кольцевой ускорительный комплекс, формирующий пучки электронов с заданными характеристиками. Ускорительный комплекс состоит из линейной системы инжекции электронов, бустерного синхротрона (бустера — для предварительного формирования пучков электронов) и основного кольца диаметром около 150 метров.
На основном кольце ускорительного комплекса устанавливаются специализированные устройства (вставные устройства), генерирующие синхротронное излучение. Ускорительный комплекс окружён стеной биологической защиты для защиты персонала от воздействия радиации.
Синхротронное излучение (СИ) по специальным каналам, касательным
к основному кольцу, сквозь стену биозащиты выводится в экспериментальный зал шириной около 30 метров, окружающий ускорительный комплекс.
При этом максимальная длина каналов вывода излучения достигает 70 метров. В экспериментальном зале на каналах вывода СИ в специализированных радиационно защищённых помещениях (хатчах) размещается основное оборудование экспериментальных станций. К фундаменту ускорительного комплекса и экспериментального зала предъявляются особые требования для обеспечения необходимой стабильности пучков СИ на экспериментальных станциях.
К экспериментальному залу симметрично прилегают два корпуса, имеющих независимый фундамент. Эти корпуса, так называемые «крылья», предназначены для размещения специализированных экспериментальных станций длиной до 120 метров. Также симметрично к экспериментальному залу примыкают административный корпус с офисными помещениями и лабораторный корпус, в котором размещается вспомогательное оборудование для пробоподготовки и проведения сопутствующих исследований.
По периметру основного здания, за исключением мест расположения административного и лабораторного корпусов, размещаются вспомогательные офисные и лабораторные помещения. Вспомогательные здания и сооружения необходимы для создания технологической инфраструктуры ЦКП «СКИФ», функционирования ускорительного комплекса, для обеспечения безопасности на объекте, а также для максимально удобной и комфортной работы учёных-пользователей СИ, в том числе, зарубежных.
ЦКП «СКИФ» должен быть сдан в эксплуатацию с технологическим оборудованием, включающим ускорительный комплекс, оборудование лабораторного комплекса, инженерной инфраструктурой для создания
30 экспериментальных станций и 6-ю экспериментальными станциями
с установкой под ключ:
1) Станция «Микрофокус» (14.4-35 кэВ) – позволит исследовать структуру биомакромолекул, магнитных материалов и вещества, в том числе в экстремальных условиях, а также проводить неразрушающую томографию устройств микро- и наноэлектроники с разрешением до нескольких нанометров;
2) Станция «Структурная диагностика» (5-35 кэВ) – предназначена для решения широкого спектра исследовательских и технологических задач методами рентгеновской дифракции;
3) Станция «Быстропротекающие процессы» (15-100 кэВ) – позволит проводить исследования с высоким временным разрешением изменений кристаллической структуры вещества при высоких температурах и давлениях, образующихся при воздействии на вещество ударных, детонационных волн, мощного лазерного излучения, плазмы и т.п.;
4) Станция «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» (2.5-35 кэВ) – предназначена для исследования локальной пространственной, электронной и магнитной структуры кристаллических и аморфных материалов, молекулярных кристаллов, жидкостей и газов, а также тяжелых элементов (с содержанием до 0.001%) в биологической матрице;
5) Станция «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне» (30-150 кэВ) – обеспечит получение высококонтрастных изображений c высоким пространственным разрешением в жестком рентгеновском диапазоне для исследований, проводимых в области медицины, материаловедения, археологии и палеонтологии;
6) Станция «Электронная структура» (0.02-1.9 кэВ) – нацелена на исследование электронных свойств и химического состава поверхности широкого класса функциональных материалов (катализаторы, полупроводниковые структуры, углеродные материалы, многослойные покрытия, тонкие плёнки и другие).
В процессе эксплуатации ЦКП «СКИФ» будет принято решение
о создании других 24 экспериментальных станций.
Режим работы ЦКП «СКИФ» будет круглосуточным, 7 дней в неделю. Планируемое время работы ускорительного комплекса для пользователей будет составлять до 6500 часов, что сравнимо с аналогичными зарубежными центрами СИ. Остальное время запланировано для проведения ускорительных смен и профилактики технологического оборудования (проведения регламентных работ). В соответствии с проведёнными оценками, количество учёных, которые смогут единовременно работать на каждой экспериментальной станции составляет от 5 до 15 человек. С учётом команды ускорительного комплекса, работы лабораторного комплекса, выполнения учебной и учебно-исследовательской работы студентов и магистрантов, а также вспомогательного персонала среднее количество человек, работающих на объекте ЦКП «СКИФ» может составлять около 600–700 человек и в период проведения международных мероприятий (конференций, симпозиумов, форумов) может увеличиваться до 1000 человек.
Ожидаемые результаты реализации проекта: создание и использование современной научно-исследовательской инфраструктуры позволит совершить качественный скачок по следующим направлениям:
— технологический эффект: создание и развитие отечественных технологий в области силовой электроники, высокочастотных систем, систем автоматизации и контроля, систем высокоточного позиционирования, сверхпроводящих систем и многих других. Новые технологии могут быть применены в авиа-, судо- и машиностроении, на предприятиях добывающей
и перерабатывающей, микроэлектронной и химической промышленности, энергетике и ВПК.
— социальный эффект: формирование конкурентной инфраструктуры
и среды, соответствующей современным стандартам научных исследований, создание новых рабочих мест, укомплектованных молодыми кадрами,
и связанное с этим развитие социальной инфраструктуры региона.
— экономический эффект: развитие транспортной, энергетической
и технологической инфраструктуры Сибирского региона. Внедрение новых
и импортозамещающих эффективных технологий. Трансфер передовых технологий отечественным субподрядным организациям.
— научный эффект: получение новых фундаментальных знаний о строении и свойствах вещества на микро- и наноуровне для решения задач биологии
и медицины, химии и катализа, энергетики будущего и других областей.
— стратегический эффект: новый исследовательский центр позволит сконцентрировать, закрепить и развить интеллектуальные
и инфраструктурные ресурсы в Сибирском и Дальневосточном регионах, обеспечить устойчивость позиций российских научных, образовательных организаций и производственных компаний на глобальном рынке знаний
и технологий.