Началась сборка бустерного синхротрона для СКИФа

В Институте ядерной физики им. Будкера приступили к монтажу отдельных секций промежуточного (бустерного) ускорителя электронов — ​синхротрона. Это один из важнейших элементов строящегося под Новосибирском центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»). Наш корреспондент наблюдал за сборкой.

Компактный пучок

СКИФ — ​сложное сооружение, состоящее из нескольких модулей. Линейный ускоритель формирует электронный пучок с энергией 200 МэВ. Бустерный синхротрон (кольцевой ускоритель) за полсекунды ускоряет этот пучок до 3 ГэВ. Пучок поступает в основной накопитель — ​синхротрон длиной почти полкилометра, от которого по периметру отходят десятки каналов вывода, к ним подключаются датчики отдельных экспериментов — ​в области физики, сопротивления материалов, химии и др. Пользовательские станции информацию фиксируют и обрабатывают.

«На производственной базе Института ядерной физики полным ходом идет изготовление инжекционного комплекса — ​линейного ускорителя и бустерного синхротрона диаметром 156 м. Несколько сотен компонентов бустерного синхротрона должны быть выставлены в проектное положение с высочайшей точностью — ​плюс-минус 50 мкм от проектных значений. Это средняя толщина человеческого волоса», — ​рассказал директор ЦКП «СКИФ» Евгений Левичев.

«Пучок электронов летит почти со скоростью света и вращается в бустере с частотой около 2 млн раз в секунду, пролетает через резонатор и набирает энергию до 3 ГэВ, — ​пояснил помощник директора ИЯФ СО РАН по реализации проекта ЦКП «СКИФ» Сергей Гуров. — ​Синхронно с увеличением энергии поднимается и поле в магнитах. В итоге мы получаем компактный, но очень энергичный пучок электронов, который и нужен для основного накопителя».

Бустер состоит из гирдеров, на которые попарно установлены магнитные диполи (они обеспечивают поворот фотонного пучка в магнитном поле), квадрупольных магнитов, фокусирующих пучки электронов, а также массы сложного дополнительного оборудования — ​вакуумных камер, датчиков положения пучка и т. д. Оптика бустерного синхротрона рассчитана так, чтобы пучок был стабильным, компактным и не распадался.

«Дипольные магниты и комплекс вспомогательного оборудования монтируются на гирдерах с помощью высокоточных лазерных трекеров, фиксируются. Подготовленные сегменты протестируют на специальной площадке и доставят в построенный для бустера тоннель, где его соберут, как лего. Начало сборки модулей синхротрона — ​важный этап создания всего ЦКП «СКИФ», — ​подчеркнул Евгений Левичев.

«Поскольку все комплектующие для сборки магнитной системы закуплены, ее сборка для тестирования может быть завершена в сентябре», — ​сообщил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Сергей Синяткин. На тестировании при необходимости будет проведена коррекция, ученые «привяжут» магнитные оси диполей к геодезической системе, которая позволит контролировать точность установки модулей на тестовой площадке и на месте окончательной сборки синхротрона.

Не диполем единым

Параллельно со сборкой элементов бустерного синхротрона на экспериментальном производстве ИЯФ СО РАН стартовало изготовление отдельных элементов основного накопителя СКИФа — ​первых магнитов основного ускорителя, прототипов вакуумных камер, резонаторов, рассказал Евгений Левичев. Началась работа над системами диагностики и управления, готовится программный комплекс.

До монтажа основного накопителя, по словам Евгения Левичева, еще далеко. На стройплощадке под его фундамент вырыт трехметровый котлован, работают десятки единиц техники. Проходит закладка буронабивных свай, которые обеспечат сейсмостойкость опор ускорителя. Речь не только о землетрясениях, но и о других вибрациях — ​например, от движения грузовых поездов по железной дороге в 3 км от ускорителя.

Будет сделано в России

По словам директора ЦКП «СКИФ», еще на стадии проектирования модули кольцевого источника фотонов предполагалось на 85–90 % собирать из отечественных комплектующих (гирдеры, например, производства Воткинского завода), остальное купить за рубежом. «Нам много неприятностей доставил COVID‑19. К примеру, в Китае на таможенном складе зависли специальные трубы из нержавеющей стали. Они уже четыре месяца ждут, когда закрытая из-за пандемии граница наконец откроется», — ​рассказал Евгений Левичев.

Часть того, что можно было сделать в России, ИЯФ заказывал за рубежом — ​для экономии времени. «Мы успели закупить все импортные комплектующие для бустерного синхротрона. Например, медная шина (тонкостенная трубка квадратного сечения, по которой проходит вода и снимает избыточную мощность. — «СР») приобретена в Финляндии. Контракты иностранные поставщики выполняют, а вот новые заключать не готовы. Мы сотрудничаем с заводом «Кристалл» во Владикавказе, который с 1960‑х годов производил чистую медь и никелевые сплавы. Сейчас новые собственники завод восстанавливают, в апреле они запустили вакуумную печь для отливки меди, и мы надеемся, что в течение года они освоят технологию производства шины», — ​пояснил Сергей Гуров.

Нашелся отечественный производитель электротехнической стали, ведутся переговоры о запуске линии клеевого покрытия для пластин, из которых состоят дипольные магниты. Вакуумные насосы разрабатывает искитимская фирма «Призма» и новосибирский завод «Катод». По оценке ученых, поиск комплектующих на отечественном рынке может затормозить монтаж всех элементов бустерного синхротрона не более чем на полгода.

СПРАВКА

СКИФ — ​источник синхротронного излучения поколения IV+ с энергией 3 ГэВ. Сооружается в Новосибирской области в рамках нацпроекта «Наука и университеты». Уникальные характеристики синхротрона позволят проводить передовые исследования с яркими и интенсивными пучками рентгеновского излучения во множестве областей — ​химии, физике, материаловедении, биологии, геологии, археологии. Госзаказчик проекта — ​Институт катализа им. Борескова СО РАН.