Эксперты обозначили четыре экспериментальные станции первой очереди строительства уникальной научной установки – синхротрона «Русский источник фотонов» на Русском острове. Экспериментальные станции позволят учёным проводить передовые исследования в самых востребованных на Дальнем Востоке областях – материаловедении, химии, медицине, биологии и археологии.
О синхротронном излучении
Синхротронное излучение было обнаружено в 1947 году физиками высоких энергий, которые изучали устройство ядра, разгоняя заряженные частицы. Учёные выяснили, что при повороте электронов часть вложенной в ускорение энергии терялась, создавая излучение. Спустя девять лет физики нашли ему полезное применение: оказалось, что оно не только превосходит в яркости все лабораторные приборы, но и обладает уникальным спектром рентгеновского, ультрафиолетового и инфракрасного излучений, что позволяет исследовать атомарную структуру самых разных объектов.
Сегодня в мире действуют около 70 источников такого излучения – синхротронов. Появление такой уникальной установки считается маркером не только научно-технологического, но и экономического развития страны. На Дальнем Востоке «Русский источник фотонов» (РИФ) станет первой «машиной» подобного класса. А экспериментальные станции первой очереди, которые расположатся на мысе Ахлёстышева, позволят учёным со всей России проводить наиболее востребованные исследования. На реализацию проекта Правительство РФ до 2026 года планирует выделить 12,4 млрд рублей.
Об оборудовании
Всё оборудование синхротрона можно представить в виде двух технологических узлов. Первый – это ускорительно-накопительный комплекс, в котором разгоняются элементарные частицы. Второй – экспериментальная станция, которая позволит с высокой точностью контролировать параметры полученного излучения. Станция – самая ценная и при этом самая гибкая часть синхротрона, которая настраивается под запросы учёных. Именно здесь находится рабочее место исследователей, происходят эксперименты и их интерпретация.
Синхротрон «Русский источник фотонов» будет иметь четыре экспериментальные станции первой очереди, шесть – во второй, а всего возможно реализовать до 30 станций. Учёные ДВФУ совместно с экспертами Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» в ходе установочной встречи определили назначение, оборудование и требования к первым станциям.
«Мы хотим сделать запуск синхротрона РИФ максимально эффективным и понятным для научного сообщества Дальнего Востока. Именно поэтому мы постарались максимально широко обсудить проекты, которыми занимаются учёные в ДВФУ и ДВО РАН: какие существуют научные задачи и какие из них уже сейчас можно решать с помощью синхротронов. В итоге нам удалось определить запросы на экспериментальные методы, востребованные у дальневосточников», – рассказал координатор проекта «РИФ» от Курчатовского комплекса синхротронно-нейтронных исследований НИЦ «Курчатовский институт» Сергей Звонарев.
О станциях
Первая обозначенная экспериментальная станция – фотоэлектронной спектроскопии с анализом спиновых и магнитных состояний. Она позволит проводить исследование современных материалов для микроэлектроники, а также переходить к новым способам записи, хранения и считывания информации. Подобные исследования уже проводятся в ДВФУ на лабораторных приборах, но для измерений требуются месяцы, что сильно ограничивает учёных. Синхротрон значительно увеличит скорость экспериментов и расширит исследовательский потенциал. Кроме того, у учёных ДВФУ есть запрос на исследование магнитных материалов, которое планируется реализовать с помощью установки.
Вторая станция спектроскопии рентгеновского поглощения – мультифункциональная лаборатория, которая не ограничена одним методом. Её оборудование откроет новые возможности для химиков, изучающих металлы и металлургические процессы, а также для химиков-биологов, конструирующих молекулярные комплексы. На экспериментальной станции учёные также смогут вести исследования новых материалов или более подробно исследовать процессы, происходящие в живых системах. Таким образом удастся решить ряд экологических задач, изучив, например, механизм накопления полезных или опасных веществ в организмах.
Третья экспериментальная станция – визуализации будет оборудована особо мощными томографами. В отличие от лабораторных приборов, которые видят любое соединение разнородных веществ как тёмное пятно, синхротрон даёт исчерпывающее представление о структуре объекта, будь то сложный компонент из пластика и металла или живая мышечная ткань. Благодаря уникальному свойству оборудование может быть использовано для конструирования промышленных деталей. Также прибор будет востребован у учёных, разрабатывающих биосовместимые имплантаты, и исследователей, изучающих онкологические заболевания.
Ещё одна область применения станции визуализации – исследование палеонтологических находок. Синхротронное излучение позволит не разрушать ценные объекты и при этом получать важные сведения о структуре вещества и его составе. Например, в синхротроне РИФ могут оказаться экспонаты со Стеклянухинского городища – научного полигона, где проводятся археологические раскопки и изучается древняя история Приморского края.
Четвёртой экспериментальной станцией РИФ будет станция рентгеновской дифракции. Здесь исследователи смогут изучать атомарную структуру вещества методами порошковой и монокристаллической дифракции. Также прибор позволит расшифровывать сложные структуры макромолекулярных комплексов и белковых кристаллов, что даст возможность очень быстро анализировать их взаимодействие с новыми лекарственными препаратами. Таким образом учёные смогут обнаружить намного больше лекарственных кандидатов.
«Уникальность в использовании синхротрона для Дальнего Востока видится в возможности применения экспериментальных методов в изучении морской биоты и природных ресурсов региона. На основе полученных данных синхротронных исследований дальневосточные учёные смогут создавать новые материалы для различных сфер промышленности и жизнедеятельности человека, а также понять природу живых и неживых объектов. Специалисты смогут наработать уникальные данные об археологических объектах и получить или подтвердить информацию о древних цивилизациях Дальнего Востока», – уверен к. х. н., заведующий лабораторией ядерных технологий Института наукоёмких технологий и передовых материалов ДВФУ Евгений Папынов.
О кадрах
ДВФУ запускает образовательные программы для будущих работников синхротрона. Для обеспечения полноценной работы «Русского источника фотонов» университету необходимо подготовить 240 научных и инженерных специалистов. Полный цикл подготовки кадров занимает около пяти лет, поэтому ещё в прошлом году была запущена образовательная программа «Использование синхротронного излучения» совместно с Московским государственным техническим университетом им. Н. Э. Баумана, национальным исследовательским ядерным университетом «МИФИ» и национальным исследовательским центром «Курчатовский институт». Кроме того, 10 молодых учёных ДВФУ прошли программу повышения квалификации «Генерация синхротронного и нейтронного излучения для исследования свойств материалов».
