Разглядеть на синхротроне

Тема строительства источника синхротронного излучения в Новосибирском научном центре продолжает вызывать интерес. Хотя до начала строительства еще долго (и даже площадка для этого окончательно не выбрана), но уже сейчас эксперты готовы говорить о задачах, которые можно будет решать на данной установке класса «мегасайнз». Собственно, это и было главной темой пресс-конференции, прошедшей вчера в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

Для начала ее участники напомнили, что в эти дни в ИЯФ проходит международная научная конференция «Синхротронное и терагерцовое излучение: генерация и применение» (SFR-2018). Конференция имеет давнюю историю: первое совещание по проблемам использования синхротронного излучения состоялось в институте в 1975 году (а сами работы в этой области начались еще раньше). С тех пор конференции проходят регулярно, один раз в два года. Так, на протяжении полувека Академгородок остается одним из главных центров изучения синхротронного излучения в России (вторым является не менее знаменитый Курчатовский институт).

Годы идут и установки, когда-то считавшиеся передовыми, сдают позиции. В мире с каждым годом открывается все больше подобных центров, с более мощным оборудованием. В возведении некоторых из них принимали участие и наши специалисты. А вот отечественная научная инфраструктура давно не обновлялась. Это с одной стороны, а с другой – все чаще выполнение научно-исследовательских проектов требует проведения экспериментов на подобных установках. Сейчас наши ученые часто обращаются с заявками на такие исследования к своим зарубежным коллегам.

– Надо понимать, что это сильно ограничивает нашу работу, – подчеркнул директор ИЯФ СО РАН, академик РАН Павел Логачев. – Никто не позволит нам там проводить работу в закрытом режиме, а это значит, что отпадают все работы по оборонной тематике или исследования в областях, где есть высокая конкуренция с западными исследователями.

Решить эту проблему предполагается созданием отечественной сети синхротронных излучателей, о которой мы недавно рассказывали. При этом ученые подчеркивают, что речь не идет о том, чтобы кого-то догнать. Как и полвека назад, они намерены занять место среди лидеров и построенные установки будут предельными по своим показателям в мире.

Так что же такое синхротрон и чем он так полезен для науки. Источники синхротронного излучения (источники СИ) – это ускорительные комплексы, в которых электроны движутся по изогнутой траектории со скоростью, близкой к скорости света. В процессе движения они испускают особое излучение, которое необходимо для самых разных исследований. Это и является их главной особенностью: если на коллайдерах работают ученые-физики, изучающие мир элементарных частиц, то СИ – это большие мультидисциплинарные научные центры. К примеру, в 2017 г. Европейский источник СИ (ESRF) обеспечил проведение 1850 экспериментов по двенадцати научным направлениям от геологии до медицины. Еще одна особенность, вытекающая из первой, – то, что вместе с фундаментальными, здесь часто получают и вполне себе прикладные научные результаты.

Несколько подобных примеров привели участники пресс-конференции. Как рассказал директор Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, академик РАН Валерий Бухтияров, несколько лет назад они проводили работы над созданием новых катализаторов для автомобильной промышленности, которые бы обеспечили соответствие выхлопных газов экологическим стандартам Евро-4 и Евро-5. В таких катализаторах основную роль играет использование благородных металлов (платины, палладия и т.п.), которые, естественно, стоят недешево. И перед учеными стояла задача – создать новые, более эффективные модификации катализаторов, но при этом избежать роста их стоимости. Решить ее помогли как раз исследования на источнике СИ, которые показали, что при измельчении этих металлов до размера наночастиц их активность резко возрастает. А значит, таким методом можно получать более эффективные катализаторы с низким содержанием дорогих металлов.

Используя эту технологию, партнер Института – Завод автомобильных катализаторов в Новоуральске – стал сегодня главным (и практически единственным) поставщиком этой продукции для всего российского «автопрома».

Много исследований с помощью СИ проводят геологи, поскольку так они могут изучать образцы с крайне низким содержанием той или иной породы. В числе работ последних лет – исследование кернов грунта со дна Байкала и Телецкого озера.

– Реки, впадающие в эти озера, приносят с собой породы, которые оседают друг на друга, в результате такой керн становится для нас аналогом годичных колец у дерева, – рассказал директор Института геологии и минералогии СО РАН, д.г.-м.н. Николай Крук. – И анализируя изменения, которые происходили в разное время, мы можем выстроить картину, как менялся климат в Сибири на протяжении веков. А дальше, на ее основе, строить достаточно достоверные прогнозы климатических изменений, которые ждут нас в будущем.

Это далеко не единственная задача. Только установки СИ позволяют смоделировать условия, существующие на больших глубинах.  С их помощью ученые смотрят, как ведут себя мельчайшие частицы железа и других материалов при давлении около 3,5 миллионов атмосфер и температуре порядка 10 тысяч градусов Цельсия. Именно в таких условиях материя находится в ядре Земли.

Синхротроны позволяют более точно датировать артефакты, определять состав горных пород, создавать новые материалы и лекарства. В общем, задач для подобного рода установок хватает, а вот количество самих источников явно не поспевает за потребностями мировой науки. Поэтому ученые с нетерпением будут ждать запуска «СКИФ» и источника СИ в Курчатовском институте. Причем не только российские, заявленные параметры установок вызывают интерес и у многих их зарубежных коллег. И если у нашей науки получится «срезать угол» и вывести свою инфраструктурную базу на лидерские позиции, то почему бы потом инноваторам-производителям не повторить этот маневр, опираясь, в том числе и на результаты работы ученых Академгородка.

Источник: https://academcity.org/content/razglyadet-na-sinhrotrone