В Институте ядерной физики начали делать «СКИФские» магниты

На экспериментальном производстве Института ядерной физики им. Будкера началось изготовление магнитных элементов для инжекционного комплекса центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов». Магниты первыми запустили в серийное производство. Наша корреспондентка на месте оценила «скифский» размах.

Образцы первой продукции для СКИФа — ​желтые, синие, стальные, медные, разной формы и величины — ​выставили на всеобщее обозрение на экспериментальном производстве ИЯФа и пригласили журналистов.

От качества магнитов зависит работа главной части будущей мегасайенс-­установки — ​основного накопительного кольца. Инжекционный комплекс обеспечит накопительное кольцо пучками электронов. Состоит он из линейного ускорителя, каналов транспортировки пучка и бустерного синхротрона. Мощные электромагниты в синхротроне задают траекторию движения частиц.

Точность на волоске

От оглушительного «бабах» закладывает уши. Это грохочет станок, напоминающий гильотину. Пресс аккуратно штампует металлические листы, придавая им очертания будущего магнита. Самые большие магниты — ​синие, их длина 130 см, высота — чуть больше полуметра, а вес — 1,2 т. Для получения одного такого нужно отштамповать около 2,6 тыс. листов.

Чтобы магнит правильно работал, его поверхность должна быть идеально ровной, допустимая погрешность — ​50 мк. «Толщина человеческого волоса — ​около 80 мк, — ​приводит сравнение завсектором ИЯФа ­Андрей Журавлев. — ​Если на всей поверхности магнита такая точность не соблюдена, изделие отбраковывается. Оно не создаст правильного поля, пучок заряженных частиц не будет летать так, как это нужно физикам-­экспериментаторам».

Магниты сжимают пучок в поперечном сечении, фотонный луч становится очень узким и остронаправленным, как луч лазерной указки. «Магниты синхротрона сложные, комбинированные, многофункциональные. Это необходимо, чтобы сделать ускоритель компактнее и дешевле, а также чтобы получить параметры пучка, оптимальные для инжекции. Их изготовление — непростая задача», — ​рассказывает старший научный сотрудник ИЯФа, кандидат технических наук Сергей Синяткин. Около 10 лет назад он был в команде разработчиков технологии изготовления таких магнитов, тогда ИЯФ выполнял заказ Брукхейвенской национальной лаборатории (США), которая создавала свой источник синхротронного излучения. Сегодня магниты ИЯФа работают почти во всех установках такого типа в разных странах. Этот опыт позволил сэкономить для СКИФа почти год: технологии отлажены, оборудование есть, конструкторскую документацию составлять не нужно, достаточно просто ее доработать.

Сергей Синяткин указывает на разложенные рядами мотки медной проволоки и болванки. «Здесь заготовки для нескольких проектов, мы много заказов выполняем параллельно, — ​поясняет он. — ​Магниты состоят из верхней и нижней половин, на них намотаны катушки из толстой медной шины. По катушкам течет ток силой более 800 А. Он создает на орбите мощное магнитное поле, поворачивающее пучок электронов с энергией 3 млрд эВ».

«В этом цехе катушки магнитов готовят к запеканию. Горячий! Не трогайте! Его только что достали», — ​предостерегает любопытных экскурсантов помощник директора ИЯФа по реализации проекта «СКИФ» Сергей Гуров. Любопытные экскурсанты пугливо отдергивают пальцы от пышущей жаром поверхности. Катушку сутки держали в печи при температуре 150 °С. Как только остынет, покроют краской и отправят в следующий цех.

«Магниты получились высокого качества, — ​говорит руководитель проектного офиса ЦКП «СКИФ», заместитель директора по научной работе ИЯФа, заместитель директора Института катализа им. Борескова Евгений Левичев. — ​Полюс такого магнита получен по хитрой технологии, с ней в синхротроне одновременно создается и однородное, и градиентное поле, которое позволяет фокусировать частицы. Поэтому мы можем сделать синхротрон более компактным и дешевым. И добиться специфических параметров».

Парадоксальная стратегия

Качество излучения определяет класс установки. СКИФ относят к поколению V+, по показателям он будет самым совершенным в мире.

«Входя в проект, мы сказали себе парадоксальную вещь, — ​вспоминает Евгений Левичев. — ​У нас нет времени на исследования, мы должны максимально задействовать опыт. И это стало ориентиром нашей стратегии. Опыт изготовления линейного ускорителя и бустерного синхротрона с источником излучения есть. Самая сложная и ответственная часть проекта — ​создание накопительного кольца. Все его компоненты мы делали не раз, но нынешний уровень гораздо выше».

Практически все основные элементы ускорительного комплекса изготовят на экспериментальном производстве ИЯФа. «Периметр кольца бустера — ​158 м, а основного кольца, где пучок будет крутиться и излучать через вставные устройства, — 480 м, его основой будут порядка 1 тыс. магнитов разной величины, — ​говорит Сергей Гуров. — ​Кольцо у себя в институте мы собрать не сможем, у нас нет места для такой махины. Сделаем лишь фрагмент инжекционного комплекса».

Дом для источника

Пока ученые ИЯФа заняты инжекционной частью, в наукограде Кольцове готовят дом для ­СКИФа. Стройка предстоит грандиозная. На 30 га разместят 27 зданий. Работы начались 25 августа. Источник синхротронного излучения планируют создать к концу 2023 года, в 2025‑м сдадут в эксплуатацию шесть станций первой очереди.

«Источник синхротронного излучения — ​инструмент, с помощью которого на каждой исследовательской станции будут формироваться излучения с определенными характеристиками, у каждой пользовательской станции будет свой энергетический диапазон и своя задача в плане экспериментов и опытов, — ​говорит директор Института катализа академик РАН Валерий Бухтияров. — ​Чтобы достичь полноценной загрузки, комплекс должен работать в режиме 24 на 7. Мы уже начали формировать круг пользователей. Желающих много».

ЦКП «СКИФ» окружат 30 экспериментальных станций, они будут принимать 2 тыс. ученых в год. Представители научных сообществ из России и других стран будут проводить в Кольцове исследования по химии, физике, материаловедению, биологии, геологии и другим направлениям.

CПРАВКА

Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») строят в рамках нацпроекта «Наука и университеты» и программы развития Новосибирского научного центра «Академгородок 2.0». Заказчик комплекса — Минобрнауки РФ, застройщик — Институт катализа им. Борескова СО РАН. Проектирует объект Центральный проектно-технологический институт, входящий в ТВЭЛ. Генподрядчик — «Титан-2», стратегический партнер «Росатома».