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.
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».
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».
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.
