«Начинка» для СКИФа

Флагманский штат: в команде уникального синхротрона будут работать, помимо учёных-исследователей, ещё 500 человек

Ученые Академгородка перехватили пальму первенства у американцев и японцев. Институт ядерной физики Сибирского отделения Российской академии наук представил прототип клистрона, важнейшего элемента ускорительного комплекса Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). Масштабный научный объект возводится в Кольцово по нацпроекту «Наука и университеты».

«Советская Сибирь» в номере на прошлой неделе сообщила о грандиозной новости кратко. Теперь — детали.

Напомним, решение о строи­тельстве объекта класса мегасайенс было принято в июле 2019 года, когда Президент РФ Владимир Путин подписал указ «О мерах по развитию синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры в Российской Федерации». В декабре того же года застройщиком был назначен Институт катализа СО РАН. Старт строительству был дан в августе 2021 года, когда в Новосибирске проходил международный технологический форум «Технопром».

Зачем нужен клистрон

Параллельно со строительными работами ученые приступили к изготовлению оборудования для будущего СКИФа, и уже в феврале прошлого года ученые института ядерной физики (ИЯФ) передали институту катализа первую партию высокочастотных усилителей мощности. А в декабре 2022 года был получен первый пучок синхротронного излучения. К апрелю 2023-го специалисты ИЯФ смонтировали и запустили первую очередь линейного ускорителя будущего источника синхротронного излучения. После «тренировки» первой очереди ускорителя ученым удалось разогнать пучок электронов до энергии 30 МэВ. Проектные параметры — 200 МэВ, на них он выйдет в 2024 году, но уже сейчас можно говорить о том, что они будут достигнуты.

И вот очередной этап: сибирские ученые создали клистрон — один из основных узлов линейного ускорителя СКИФа, обеспечивающий необходимую СВЧ-мощность. Он представляет собой высокочастотный усилитель, который создает ускоряющее поле и преобразовывает энергию электронов в энергию СВЧ-колебаний. Подобные устройства выпускают всего в трех странах мира: США, Японии и Франции. Теперь Россия обретает по этому направлению технологическую независимость.

Цены ниже, делаем «под ключ»

Как рассказал директор ЦКП «СКИФ», заместитель директора ИЯФ СО РАН, член-корреспондент РАН Евгений Левичев, изначально клистроны, а всего их надо четыре, предполагали купить в Японии. Один из них даже удалось приобрести до введения массированных санкций со стороны западных стран. Дальше пришлось справляться собственными силами. Благо для этого были все возможности: в 2014 году институт ядерной физики получил грант Российского научного фонда на четыре года. Тогда было принято решение потратить часть этих средств именно на разработку клистрона. Так что к моменту, когда возникла необходимость, все нужные исследования уже были проведены.

Первый клистрон, разработанный и построенный на сибирской земле, работает на испытательном стенде уже два месяца, и недавно на нем удалось достичь проектной мощности 50 МВт и других параметров, гарантирующих работу линейного ускорителя СКИФа. Было показано, что клистрон работает надежно, и производство ИЯФ приступило к изготовлению первых серийных приборов.

А они обязательно понадобятся, и не только СКИФу. Так как, по словам директора ИЯФ СО РАН, академика РАН Павла Логачева, на очереди масштабная модернизация специализированного синхротрона в Курчатовском институте в Москве. Также в ближайших планах постройка Российского источника фотонов, или РИФ, на базе Дальневосточного федерального университета во Владивостоке и синхротрона СИЛА в институте физики высоких энергий в подмосковном Протвине, который тоже входит в состав Курчатовского института. Кроме того, клистроны потребуются для строительства коллайдера «Супер С-Тау фабрика», источника комптоновского излучения в Сарове, источника нейтронов в Дубне.

— Стоит отметить, что себе­стои­мость наших клистронов значительно ниже, чем на мировом рынке, — подчеркнул Павел Логачев. — При этом мы делаем систему «под ключ», то есть готовы разработать и произвести все, что связано с линейными ускорителями, максимально учитывая при этом потребности заказчика.

«Алмазное окно» для синхротрона

При этом, как пояснил Евгений Левичев, клистрон был единственным «недостающим звеном» для постройки СКИФа: практически все остальное оборудование предполагалось изготовить в России, по большей части в ИЯФ. Это высоковольтные модуляторы, ускоряющие структуры, электронная пушка и так далее.

Кстати, свой вклад в создание будущего объекта класса мегасайенс вносят не только физики: недавно специалисты Института геологии и минералогии СО РАН выполнили заказ на изготовление алмазных окон для фронтендов будущего С­КИФа. Фронтенд — это формирователь пучка, который выходит из кольца ускорителя и попадает на станцию. Для этого использовались уникальные установки, разработанные в ИГМ, — беспрессовые аппараты «разрезная сфера», или БАРС, способные создавать и поддерживать высокие давления, необходимые для выращивания крупных высококачественных монокристаллов алмаза.

Над оборудованием для С­КИФа работают и ученые других российских регионов. Так, например, в марте нынешнего года Томский политехнический университет совместно с партнерами завершил первый этап работ по созданию одной из станций Сибирского кольцевого источника фотонов — станции «Микрофокус». До ноября 2023 года ученые будут заниматься конструированием системы. Ее планируется закончить летом следующего года, чтобы к концу 2024-го завершить монтажные и пусконаладочные работы в экспериментальном зале СКИФа.

Альтернатива — интересная работа

Параллельно изготовлению оборудования на площадке будущего синхротрона активными темпами идут строительно-монтажные работы. Как рассказал директор Института катализа СО РАН, академик РАН Валерий Бухтияров, в настоящее время осуществляется синхронизация работ ИЯФ СО РАН по изготовлению оборудования и строительно-монтажных работ, чтобы в середине 2024 года прийти к возможной сборке инжекционного, а затем и основного накопительного комплекса.

Иными словами, до пуска уникального научного объекта осталось чуть более полутора лет. Но кто же будет им управлять и эксплуатировать? По словам директора ИЯФ, подготовка кадров уже идет полным ходом: будущих инженеров-эксплуатационников, которые будут отвечать как за сам комплекс, так и за научные станции, сегодня обу­чают на двух кафедрах Новосибирского государственного университета и одной кафедре Новосибирского государственного технического университета. Как отметил Павел Логачев, сегодня среди научных сотрудников института ядерной физики примерно поровну выпускников этих двух вузов, и на будущем СКИФе, скорее всего, будет так же.

— Мы заключили ряд соглашений с НГУ, НГТУ, ТГУ (Томский государственный университет — Прим. ред.) и Томским политехническим университетом, планируем подписать такое же соглашение с Красноярским федеральным университетом, — сообщил Валерий Бухтияров. — Всего в команде СКИФа будет работать около 500 человек, это не считая ученых, которые будут приезжать к нам для проведения исследований. Сейчас у нас работает около 100 человек. Сегодня нет проблем с тем, чтобы привлечь молодежь в аспирантуры институтов СО РАН. Проблема в том, чтобы потом удержать молодых ученых, ведь, как правило, такие специалисты нужны всем. А так как мы не можем предложить такие же зарплаты, как в Газпроме, единственное, чем мы можем привлечь их — это интересная работа. Думаю, ее будет очень много.