Завершился очередной этап модернизации Европейского центра синхротронного излучения (ESRF): закончена установка оборудования в тоннель накопительного кольца. Цель модернизации комплекса – 100-кратное увеличение яркости источника синхротронного излучения (СИ). Сотрудники Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) отвечали за сборку магнитной системы, а также обеспечивали геодезическое сопровождение сборки вакуумных камер. Полученный опыт специалисты применят при строительстве синхротрона для центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»).
Европейский центр синхротронного излучения (European Synchrotron Radiation Facility – ESRF) находится в Гренобле, он включает в себя источник синхротронного излучения (периметр 844 м, энергия – 6 ГэВ) и развитую научно-исследовательскую инфраструктуру: более 40 пользовательских станций, которые подходят для проведения различных видов рентгеновского анализа. Сейчас Центр проходит масштабную модернизацию, результатом которой станет повышение поколения источника СИ (с 3-го до 4-го) и многократное – в 100 раз – увеличение яркости. Для пользователей это означает повышение качества и уменьшение времени проведения экспериментов.
В коллаборацию ESRF входят 22 страны, Россия стала членом объединения в 2014 году. Нашей стране принадлежит 6% от общей доли Управляющей компании ESRF и, соответственно, 6% общего экспериментального времени, которое могут использовать российские исследователи для работы на станциях. Членство предполагает также оплату ежегодных взносов – для России он составляет 5,26 млн. евро в год. В период модернизации Центра, вложенные средства возвращаются странам-участницам практически в полном объеме – в виде различных тендеров.
ИЯФ СО РАН выиграл тендер на изготовление октупольных магнитов для новой магнитной системы, а также на монтаж гирдерных сборок (гирдеры – несущие металлоконструкции, сделанные с высокой точностью, на которые устанавливаются магниты разных типов и другое сопутствующее оборудование). Кроме того, специалисты Института обеспечивали геодезическое сопровождение сборки вакуумных камер.
«На синхротроне ESRF мы участвовали в сборке и установке вакуумных камер в магниты, требуемая точность составляла 150 мкм, – рассказывает старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат технических наук Денис Буренков. – Вообще, на этапе сборки и монтажа различных элементов ускорителя геодезические работы имеют очень большое значение: все физическое оборудование необходимо с очень высокой точностью установить на проектную орбиту. Для обеспечения контроля изготовления и монтажа оборудования мы используем специальный трехмерный координатно-измерительный прибор – лазерный трекер».
Точность позиционирования элементов ускорителя – один из факторов, напрямую влияющих на параметры пучка частиц. «Прогресс ускорительной техники связан с увеличением интенсивности пучков, которая достигается в основном за счет уменьшения их размера, – комментирует заведующий научно-исследовательским сектором ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Константин Золотарев. – В современных машинах размеры пучков составляют несколько микрон. Для удержания таких маленьких пучков на орбите применяются очень сильные фокусирующие магнитные линзы. Точность выставки при работе с такими линзами очень важна: даже небольшие смещения могут испортить магнитную оптику кольца».
Помимо точности установки оборудования, на качество пучка могут повлиять также внешние вибрации: допустимая амплитуда колебаний – не более 50 нм. Синхротронные центры всегда строятся с учетом осадки грунта и возможных подвижек конструкции – для таких установок проектируются специальные фундаменты, а проблема перепада температур решается посредством термостабилизации в туннеле ускорителя. С учетом всего перечисленного, геодезическое обеспечение необходимо не только на этапе строительства установок, но и на протяжении всего периода их эксплуатации. В настоящее время служба геодезического сопровождения ИЯФ СО РАН принимает участие в проектировании источника СИ для ЦКП «СКИФ», а в будущем в Центре появится своя геодезическая служба, которая будет поддерживать работу синхротрона и всего комплекса в целом.
Проект ЦКП «СКИФ» в Новосибирске реализуется в соответствии с Поручением президента РФ от 18.04.2018 (пр-656 п.1б) и на основании Указа Президента РФ от 25.07.2019 №356 и является флагманом программы развития Новосибирского научного центра, известной как «Академгородок 2.0». ЦКП «СКИФ» — это центр коллективного пользования, который будет включать в себя не только ускорительный комплекс (поколение «4+», энергия – 3 ГэВ), но и развитую пользовательскую инфраструктуру: экспериментальные станции и лабораторный комплекс. Создание источника СИ будет завершено в 2023 году, что позволит уже в 2024 году начать на нем проведение международных научных исследований. Ориентировочная стоимость оценивается в 37,1 млрд. рублей.
Справка: Синхротронное излучение – электромагнитное излучение, которое испускают заряженные частицы, двигающиеся с релятивистской скоростью по траекториям, искривленным магнитным полем. Исследования с использованием СИ активно применяются в различных областях науки – прежде всего химии и биологии, а также в медицине, фармацевтике и материаловедении.
[Фото: European Synchrotron Radiation Facility, Сергей Гуров]
