Вакуумная система строящегося в Новосибирске синхротрона СКИФ – одна из важнейших. Пучок электронов, который, двигаясь почти со скоростью света, испускает синхротронное излучение, может существовать только в вакууме. Поэтому важно, чтобы в каналах, в которых накапливаются, ускоряются и транспортируются электроны, был высокий вакуум. Вакуумная система синхротрона СКИФ будет включать в себя вакуумную часть для бустерного и накопительного кольца, каналы транспортировки, электронную пушку и линейный ускоритель. Вместе это – более 900 метров вакуумных камер. В настоящее время на экспериментальном производстве Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) уже изготовлены первые десятки метров для бустерного кольца.
В комплексе СКИФ для генерации синхротронного излучения будет использоваться электронный пучок. Он создается в электронной пушке, ускоряется до энергии 200 МэВ в линейном ускорителе и попадает в бустерное кольцо. В бустерном кольце электроны ускоряются до полной энергии 3 ГэВ, после чего перепускаются в накопительное кольцо, где генерируется синхротронное излучение. Во всех частях ускорительного комплекса должен поддерживаться высокий вакуум. Требования к степени разрежения определяются необходимым временем жизни пучка частиц. В бустерном кольце необходимо время только для того, чтобы ускорить и перепустить пучок, а в накопительном ¬¬¬– пучок должен жить долго и сохранять свою интенсивность.
«Для бустерного кольца, – пояснил заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН Александр Краснов, – периметр которого составляет 160 метров, уже изготовлены первые десятки метров камер. Они имеют сложную геометрию, потому что проходят сразу через два дипольных магнита и линейный промежуток между ними, содержащий прецизионный монитор пучка и механический компенсатор температурных расширений камеры».
Вакуумная система ускорительного комплекса рассчитана с учетом газовыделения с внутренних стенок камер под действием синхротронного излучения. Пучок рассеивается на молекулах газа, теряет свои свойства и может распасться. Наиболее остро эта проблема стоит для накопительного кольца СКИФ, поскольку здесь пучок должен иметь время жизни не менее 10 часов. Поэтому здесь необходим самый высокий уровень разрежения – плотность молекул газа в накопительном кольце должна быть в триллионы раз меньше, чем в воздухе, которым мы дышим, это 10-9 миллиметров ртутного столба.
Александр Краснов пояснил, что в производство уже запущены прототипы части вакуумных камер для накопительного кольца. Основное внимание уделяется соединительным деталям, поскольку все стыки вакуумных элементов должны быть сделаны без ступенек, с сохранением гладкости внутренней поверхности камеры. Любые неровности вакуумной камеры влияют на динамику пучка, что может сказаться на увеличении эмиттанса и уменьшении яркости источника синхротронного излучения.
«Вакуумную систему бустерного кольца мы завершим в конце следующего года, – прокомментировал Александр Краснов, – К концу 2023 года весь ускорительный комплекс должен заработать. Поэтому в следующем году мы начнем серийное производство вакуумных элементов накопительного кольца».
Сейчас ведется разработка специализированных комбинированных насосов, которые будут обеспечивать требуемый уровень вакуума в накопительном кольце в присутствии интенсивного синхротронного излучения. В разработке принимает участие ООО «КАТОД» (г. Новосибирск), ООО «ПРИЗМА» (г. Искитим), которые уже много лет выпускают высоковакуумные насосы. Кроме того, в разработке элементов вакуумной системы примет принимает участие АО «ПОЛЕМА» (г. Тула) – завод порошковой металлургии, который производит геттеры, в частности, для нефтедобывающей промышленности. Их продукция оказалась пригодна для применения в сверхвысоковакуумных установках.
ЦКП «СКИФ» — уникальный по своим характеристикам источник синхротронного излучения поколения «4+» с энергией 3 ГэВ, который создается в рамках национального проекта «Наука и университеты» и программы «Академгородок 2.0» в наукограде Кольцово Новосибирской области как элемент современной отечественной сети установок класса «мегасайенс». Он позволит проводить исследования с предельно яркими и интенсивными пучками рентгеновского излучения для различных дисциплин – химии, физики, материаловедения, биологии, геологии и т. д. ЦКП «СКИФ» будет включать 30 экспериментальных станций, в год исследования на них смогут проводить до 2 000 ученых из России и зарубежных стран.
Заказчиком и застройщиком ЦКП «СКИФ» выступает ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН». Проектирует объект Центральный проектно-технологический институт (АО «ЦПТИ», входит в топливную компанию Росатома «ТВЭЛ»). Генеральным подрядчиком выступает «Концерн Титан-2», так же входящий в структуру Росатома. Единственный исполнитель по изготовлению и запуску технологически сложного оборудования для ЦКП «СКИФ» — Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН. Источник синхротронного излучения планируется создать к концу 2023 года, а в 2025 году должны начаться исследования на шести станциях первой очереди.