Сеть для синхротронного излучения: строительство СКИФа вышло на финишную прямую

Проект Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ) вышел на финишную прямую: начинается сборка оборудования. Чтобы монтаж был высокоточным, специалисты Института ядерной физики (ИЯФ) им. Будкера Сибирского отделения РАН ставят опорные геодезические сети в основных помещениях ускорительно-накопительного комплекса.

«Опорная геодезическая сеть в любых видах строительства — ​это основа, относительно которой производится монтаж оборудования, — ​объясняет старший научный сотрудник сектора ИЯФа кандидат технических наук Леонид Сердаков. — ​Мы разрабатываем план, по которому во всех помещениях ускорительного комплекса на стенах будут крепиться геодезические знаки, позволяющие организовать пространственную связь всех частей комплекса».

Сейчас геодезическую сеть монтируют в здании инжектора, где будут размещаться линейный ускоритель с энергией 200 млн эВ и бустерный синхротрон с энергией 3 млрд эВ. Геодезическая сеть поможет правильно разместить подставки с магнитным и вакуумным оборудованием бустерного синхротрона, которое формирует и разгоняет электронный пучок. Оборудование и подставки для него уже произведены, в одном из корпусов комплекса идет пробная сборка в сегменты.

Точность — ​вежливость синхротрона

СКИФ относится к источникам синхротронного излучения поколения IV+. У синхротронов такого класса эмиттанс (фазовый объем) электронного пучка очень мал. У СКИФа это около 75 пикометров на радиан. Сверхкомпактность определяет основную характеристику эффективности — ​яркость синхротронного излучения.

Разница между проектными и реальными координатами при размещении оборудования не должна превышать толщины человеческого волоса. «Бустерное кольцо имеет длину 158 м. Магниты, датчики положения пучка, другие элементы устанавливаются в проектное положение с точностью 60–70 мк. Периметр основного кольца СКИФа — ​почти полкилометра, для него тоже будут монтировать геодезическую сеть, относительно которой выставят все элементы оборудования», — ​рассказывает директор центра коллективного пользования «СКИФ» член-корреспондент РАН Евгений Левичев.

В ИЯФе есть геодезический отдел, его сотрудники занимаются сверхточными измерениями. Но одного отдела для такой большой установки, как СКИФ, недостаточно — ​обеспечить сверхточный монтаж в сжатые сроки несколько человек не смогут. Потому по конкурсу к строительству геодезической сети подключилась череповецкая компания «Геопром».

«Работы идут в графике. Геодезическая сеть для установки инжектора линейного ускорителя, бустерного синхротрона и каналов транспортировки пучка почти закончена, идет маркировка расположения отдельных элементов ускорителя», — ​сообщает Евгений Левичев.

Оборудование ускорителя

После геодезической разметки в здании инжектора начнется монтаж гирдеров, оборудования линейного ускорителя, бустерного синхротрона и двух каналов транспортировки пучка. Секции синхротрона изготовлены и ждут своего часа. Поверхность каждого гирдера (подставки для магнитов, разгоняющих пучок) обработана на специальных станках. Производители гирдеров — ​Воткинский завод (Удмуртия) и «Томсксталь», магнитов — ​ИЯФ. Магниты собирают в условиях термостабилизации.

«Институт еще в 1960‑е начал изготавливать уникальное оборудование и с тех пор развил производство, нацеленное на строительство ускорителей заряженных частиц, источников синхротронного излучения, приборов для физики плазмы и физики частиц, — ​говорит Евгений Левичев. — ​На экспериментальном производстве работают около тысячи человек. В 1990‑е ИЯФ вышел на мировой рынок ускорительной техники, нарастил приборную базу и неоднократно участвовал в международных проектах».

Строители СКИФа столкнулись с жестким санкционным давлением. Импортные элементы синхротрона в институте учатся производить сами. Так, для ускорения электронов необходимы генераторы электромагнитных волн (клистроны) мощностью 50 МВт и частотой 3 ГГц. Их изготавливают всего три компании: в США, Франции и Японии. Контракт был заключен с японцами, но из четырех клистронов СКИФ успел получить один. Всего за год специалисты ИЯФа спроектировали и изготовили недостающие клистроны.

Кооперация на новом уровне

Помимо Воткинского завода и «Томскстали», к изготовлению отдельных элементов источника фотонов привлекли и другие, преимущественно отечественные компании. «Например, для размещения высокоточной электроники систем управления и диагностики, источников питания нужны термостатированные шкафы, управляемые собственным процессором. Это сложные устройства, и мы их заказали у немецкого производителя Schroff. Небольшую часть шкафов получили, остальное — ​нет. И буквально в 5 км от ИЯФа нашли компанию, которая великолепно изготавливает эти устройства», — ​говорит Евгений Левичев.

А вот цифровые пространства для проектирования (комплекс программ, которые рассчитывают параметры ускорителя, магнитные поля, динамику частиц) — ​это продукт международной научной кооперации. Но в ИЯФе есть и собственные программные разработки для отдельных элементов ускорителя, которые можно быстрее адаптировать к каждой новой задаче.

На СКИФе смогут работать ученые из разных стран. В частности, уже известно о программе белорусской исследовательской группы. В сентябре команда проекта планирует провести презентацию СКИФа в Китае и заключить соглашения о совместных экспериментах. Развивается сотрудничество с Индией.

«У научного сообщества в широком смысле интерес появится, когда пучок будет запущен и его параметры станут известны. Тогда на эксперименты очередь выстроится», — ​уверен Евгений Левичев.

Эксперименты не за горами

Срок создания «источника СИ поколения IV+» (формулировка из указа президента) будет соблюден. Проблем много, в частности нужно время, чтобы найти замену инженерному оборудованию (например, на стадии проектирования рассчитывали на электрические системы Siemens). Однако все решаемо, и критических позиций нет, считает директор центра коллективного пользования.

«К монтажу накопителя, я думаю, перейдем осенью. В конце года завершим создание СКИФа. Весной 2025 года начнем запускать накопительное кольцо и экспериментальные станции, летом рассчитываем начать первые эксперименты», — ​подытоживает Евгений Левичев.

Справка

Центр коллективного пользования с ускорительным комплексом «СКИФ», экспериментальными станциями и лабораториями — ​проект класса мегасайенс, реализующийся в рамках национального проекта «Наука и университеты». СКИФ позволит изучать материю на атомарном уровне и получать новые фундаментальные знания в области биологии, химии, медицины и др. В центре будут проводить исследования и в интересах промышленных предприятий.

Параметры гирдера

Гирдеры СКИФа — ​это подставки длиной от 1,2 до 3,46 м и весом до 3,2 т. На гирдер помещается несколько магнитов, разгоняющих пучок электронов. В бустерном кольце будет 44 гирдера и примерно 100 магнитных элементов. На основном кольце — ​112 гирдеров и примерно 1 тыс. магнитных элементов.