«Наука в Сибири» (23 августа 2023)

ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» — установка класса мегасайнс, для которой необходимо создать целый спектр не только сложнейшего оборудования, но и технологий для его производства. Представители ряда организаций, участвующих в проекте, в ходе совещания, которое прошло в рамках X Международного форума технологического развития «Технопром», поделились своими наработками в этом направлении. 

Практически 95 % ускорительного оборудования для СКИФа делается в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, и у института есть для этого все возможности. «У нас налажена уникальная система горизонтальных связей между научными сотрудниками, конструкторами, технологами и рабочими, — отметил заместитель директора по производству ИЯФ СО РАН кандидат технических наук Андрей Георгиевич Стешов. — Мы изготавливаем установки и их детали не только для себя, но и для различных организаций по всей России и миру, включая крупные международные научные проекты. Кроме того, в прошлом ИЯФ принимал участие в создании оборудования для самых разных источников СИ. Наше производство и материальная база позволяют реализовать множество специализированных процессов, мы накопили уникальный опыт и теперь его используем».

Один из видов приборов, необходимых для линейного ускорителя, — клистрон. Это электровакуумное устройство, где идет преобразование постоянного потока электронов в переменный под воздействием электрического СВЧ-поля. Для СКИФа нужны клистроны с импульсной мощностью 50 мегаватт и более. При проектировании источника СИ было запланировано, что их закупят в Японии, однако последующие события внесли свои коррективы, и поставка оказалась невозможной. Тогда было решено создать клистроны с необходимыми параметрами в ИЯФ СО РАН. 

«Технология, все элементы клистрона и высоковольтного модулятора, кроме катода, были разработаны и изготовлены в нашем институте (катод сделан на одном из российских предприятий», — подчеркнул заведующий сектором ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Алексей Евгеньевич Левичев и добавил, что разработку сибирских специалистов при необходимости можно будет использовать в дальнейшем, в будущих крупных проектах. 

Еще один вклад ученых ИЯФ — это газовый однокоординатный и кремниевый однокоординатный детекторы с режимами интегрирования от каждого сгустка для станции «Динамические процессы»; однокоординатный детектор с режимом прямого счета фотонов и однокоординатный детектор с режимом интегрирования сигнала для станции «Плазма»; кремниевый микрополосковый детектор для станции «Динамические процессы» в отдельном здании. В дальнейших планах, как рассказал главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Лев Исаевич Шехтман, — производство детекторов и их элементов для других станций СКИФа.

Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН разрабатывает и создает фронтенды для станций первой очереди ЦКП СКИФ. Часть оборудования, по словам помощника директора по научно-техническим проектам КТИ НП СО РАН кандидата технических наук Петра Сергеевича Завьялова, уже готова. «Одним из вызовов, который стоял перед нами, было достижение в изготавливаемых нами фронтендах сверхглубокого вакуума. При помощи и консультациях коллег из ИЯФа нам удалось это сделать, и полученных нами характеристик вакуума достаточно для задач СКИФа», — добавил ученый. 

Кроме того, КТИ НП является интегратором работ по станции первой очереди «Диагностика в высокоэнергетическом рентгеновском диапазоне». «Это будет отдельно стоящее здание, потому что там будут производиться эксперименты, в том числе и с биологическими объектами, — поделился Пётр Завьялов. – Исследования на станции (медико-биологические, палеонтологические, материаловедческие) требуют мощного пучка и объемных устройств. Большая часть этих устройств разрабатывается и производится в нашем институте. Нам приходится осваивать новые технологии, которыми мы раньше не владели, ведется модернизация и подготовка опытного производства КТИ НП, закуплено специальное оборудование, освоены сложные расчеты на мультифизических пакетах ПО».

О создании комплексного цифрового двойника ЦКП СКИФ говорил директор головной организации соответствующего консорциума Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН доктор физико-математических наук Михаил Александрович Марченко. ЦД разрабатывается консорциумом организаций, куда входит ИВМиМГ СО РАН (головная организация), КТИ НП СО РАН, ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» и непосредственно ЦКП СКИФ. М. А. Марченко акцентировал: «Часто под цифровым двойником понимают 3D-модель, однако это не так. ЦД – это комплекс компьютерных моделей, который описывает структуру, функциональность и поведение установки на основе данных, собираемых в процессе эксплуатации, а также является основой для принятия решений по управлению и гарантией устойчивой прецизионной работы». 

Участники консорциума изучили зарубежный и отечественный опыт уже имеющихся цифровых двойников крупных научных объектов и уже начали работы по созданию ЦД для отдельных элементов СКИФа. Так, совместно с КТИ НП уже проведен виртуальный эксперимент с моделью алмазного окна фронтенда одной из станций первой очереди. 

В работе над СКИФом принимают участие не только академические институты, но и большая группа университетов, причем не только сибирских. 

Начальник управления перспективных исследований Томского политехнического университета, под эгидой которого происходит создание станции «Микрофокус» кандидат физико-математических наук Алексей Сергеевич Гоголев рассказал о том, что на текущий момент с учетом некоторых новых вводных по параметрам пучка ускорителя были пересчитаны и утверждены оптические схемы. «Размер пучка достигнет показателей до 100 нанометров хотя бы в одном направлении, а для большинства задач его можно будет варьировать от 100 нм и выше. Часть работ уже проведена», — сообщил А. Гоголев, в заключение обозначив ряд технических вопросов, которые требуют решения. 

Новосибирский государственный технический университет участвует в проекте СКИФ в самых разных ипостасях, одна из которых – разработка концептуального проекта научно-образовательной станции второй очереди «Материаловедческая междисциплинарная станция». Она направлена на исследования в областях материаловедения и современных машиностроительных технологий. «Мы планируем использовать ряд элементов, позволяющих сфокусировать сверхвысокоэнергетические пучки. Для этого в Балтийском федеральном университете им. Иммануила Канта разрабатываются специальные линзы. С их помощью можно будет достичь таких параметров, которые нам нужны», — отметил профессор НГТУ, доктор технических наук Иван Анатольевич Батаев. 

Директор МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок класса мегасайнс» БФУ кандидат физико-математических наук Анатолий Александрович Снигирев дополнил, что, используя богатый опыт в разработке и изготовлении преломляющей оптики, которая позволяет гибко использовать расщепление пучка, для двух станций СКИФа в МНИЦ были произведены рентгеновские бериллиевые линзы, а для «Микрофокуса» еще и такие устройства, как вакуумный трансфокатор и вакуумный охлаждающий трансфокатор.

Ряд элементов зеркальной и многослойной оптики делается также в Институте физики микроструктур РАН. Старший научный сотрудник ИФМ кандидат физико-математических наук Илья Вячеславович Малышев перечислил задачи, которые решаются в рамках СКИФа: разработка двухзеркального монохроматора, скрещенной системы Киркпатрика — Баеза для 2D-нанофокусировки. Для этих задач отрабатывается и создается ряд специальных технологий.

Начальник отдела вакуумных технологий ООО «ЭПОС-инжиниринг» Александр Сергеевич Кривенко рассказал, что организацией были разработаны элементы вакуумного оборудования СКИФа: комплекс быстрозакрывающихся изолирующих затворов с датчиками.

Директор ЦКП СКИФ член-корреспондент РАН Евгений Борисович Левичев, завершая совещание, подчеркнул, что результатом гигантской совместной работы, кроме непосредственно появления уникального источника СИ, будет создание большого пула организаций, которые в будущем, при работе над другими крупными установками, смогут тиражировать полученный опыт, делать новое и выйти на следующий уровень в этой области. 

«Это мероприятие организовано нами для того, чтобы стимулировать дальнейшую и расширяющуюся кооперацию организаций под эгидой СКИФа», — добавил в конце заместитель директора ЦКП СКИФ по научной работе доктор физико-математических наук Ян Витаутасович Зубавичус.

«Наука в Сибири»  (http://www.sbras.info/articles/nauka-dlya-obschestva/unikalnyy-opyt-v-in...)

Фото Юлии Поздняковой