Начато серийное производство вакуумных камер

накопительного кольца синхротрона СКИФ

 

     Вакуумные камеры – критически важное оборудование, которое будет   установлено внутри каждого магнитного элемента накопительного   кольца   Центра коллективного пользования «СКИФ» (ЦКП «СКИФ»). От   точности производства этих конструкций зависят параметры и время   жизни пучка, а значит и работа всей ускорительной машины. Вакуумные   камеры должны быть супергерметичными, с глубоким разрежением   воздуха –  концентрация молекул в таких устройствах на 12 порядков   меньше, чем в обычной комнате. Опыт и производственные возможности   Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН)     позволяют разрабатывать и в большом объеме создавать такое   высокотехнологичное оборудование. В настоящее время на   экспериментальном производстве ИЯФ СО РАН изготавливается более   двухсот вакуумных камер для накопительного кольца ЦКП «СКИФ».

 

Внешне все современные источники синхротронного излучения (СИ), к которым также относится и ЦКП «СКИФ», представляют собой магнитно-оптическую структуру, внутри которой почти со скоростью света двигается пучок электронов. Чтобы получить СИ, необходимое пользователям, пучок электронов нужно постоянно поворачивать – именно в этот момент часть энергии электромагнитного поля, сопровождающего электронный пучок, «отрывается» от него и преобразуется в электромагнитное излучение, то есть в СИ.

 

«Магниты определяют параметры пучка электронов, его динамику и в целом яркость источника синхротронного излучения, – рассказал заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Краснов. – За время жизни пучка отвечают вакуумные камеры, которые проходят сквозь все магниты. Это самое незаметное, но очень важное оборудование. Именно по замкнутой орбите множества соединенных друг с другом вакуумных камер и движется пучок электронов. От характеристик этих камер, а именно от герметичности, уровня разреженности, зависит бесперебойная циркуляция пучка электронов в синхротроне. Концентрация молекул в объеме камеры по всей орбите, а это 477 метров, должна быть на 12 порядков меньше, чем в воздухе, которым мы дышим. Поэтому основная сложность изготовления подобного рода устройств заключается в том, чтобы сделать их вакуумноплотными. Но есть и другие: например, чтобы основное количество энергии успешно поглотилось внутри камеры, она должна быть оснащена системой охлаждения, а специализированные вакуумные камеры для вывода СИ должны содержать внутри себя поглотители. Все эти тонкости усложняют производство».

Вакуумная система состоит из камеры пучка, откачных портов, к которым будут присоединяться сверхвысоковакуумные комбинированные насосы, и выводов к каналам синхротронного излучения. Оборудование создается из специальных сплавов алюминия, обладающих высокой прочностью и теплопроводностью. Например, если сделать вакуумную камеру из нержавеющей стали, то синхротронное излучение просто разрежет ее изнутри. Визуально вакуумная камера выглядит довольно просто, но в ее производстве очень много нюансов.

 

«Алюминиевый профиль, из которого сделана основная часть камеры, согнута на специальном прецизионном станке, а все швы, соединяющие различные элементы системы, выполнены методом электронно-дуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в инертной атмосфере – это тоже очень тонкий момент, так как сварной шов должен исключать любые микротечи, – добавил Александр Краснов. –  Получить сверхвысокий вакуум нам поможет в том числе и само синхротронное излучение. Когда все будет готово, и появится первый пучок, сначала очень слабый, СИ начнет очищать камеру. Сложные химические соединения, оставшиеся на поверхности от механообработки, различные примеси под воздействием синхротронного излучения будут разлагаться, превращаться в более простые и откачиваться насосами. Постепенно вся система будет очищаться, разрежение улучшаться, а время жизни пучка будет увеличиваться. Этот процесс займет около полугода, после чего по всем параметрам мы должны выйти на рабочий режим. На данный момент на экспериментальном производстве ИЯФ СО РАН создается более двухсот вакуумных камер разных типов. Они будут произведены, протестированы и размещены на накопительном кольце в установленные сроки».

 

Центр коллективного пользования «СКИФ» – источник синхротронного излучения поколения 4+. Установка сооружается в Новосибирской области в рамках национального проекта «Наука и университеты» и во исполнение Указа президента России от 25 июля 2019 года. Реализация проекта находится на особом контроле полномочного представителя Президента Российской Федерации в Сибирском федеральном округе. 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», 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.  

 

Опубликовано: 15.08.2024

 

Реплика публикатора. Очередная новость о ходе создания мегаустановки "СКИФ" в наукограде Кольцово близ Новосибирска показывает, что здесь работают открыто и гласно. Потому и успешно...

«Назад в будущее»

 

Уникальные свойства синхротронного излучения применяются буквально во всех областях — от получения новых лекарств для лечения рака или туберкулеза до создания новых, особо прочных материалов. В рамках национального проекта в нашей стране в ближайшее время будут созданы или модернизированы сразу несколько синхротронов. Что это даст обычным гражданам, обсуждаем с Александром Евгеньевичем Благовым, доктором физико-математических наук, директором НИЦ «Курчатовский институт».

Фрагмент (заключительный) интервью:

(...)

— А какие у вас планы на будущее? 

— Наши планы и перспективы связаны с Указом Президента Российской Федерации «О мерах по развитию синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры». В рамках этого указа мы и должны создать одноименную программу.

Курчатовский институт — головная организация, которая осуществляет экспертную, методическую поддержку, координацию с международными проектами. Развитие исследовательской инфраструктуры подразумевает создание трех новых источников синхротронного излучения и модернизацию действующего.

Курчатовский синхротронный источник будет значительно модернизован до следующего, третьего поколения. Будут заменены практически все системы линейного и кольцевого ускорителя.

На Дальнем Востоке на острове Русский будет создан источник синхротронного излучения (по типу Курчатовского синхротрона), который, несомненно, будет способствовать научно-технологическому развитию этого региона.

В Новосибирской области будет создан новый источник синхротронного излучения четвертого поколения. Это относительно небольшой ускоритель с энергией электронов 3 ГэВ. Периметр основного накопительного кольца — чуть меньше 500 м. Он позволит создать около 30 станций экспериментальных станций.

Далее — флагманский источник, самый большой, не имеющий аналогов в мире. Мы назвали этот проект «СИЛА» (синхротрон-лазер). Проект разрабатывается Курчатовским институтом. С помощью исследований на этой установке мы сможем совершить колоссальный прорыв в био- и нанотехнологиях, научном материаловедении. Идею этого проекта поддержали японские партнеры из синхротронного центра SPRING‑8, европейского синхротронного центра ESRF в Гренобле и германского синхротронного центра DESY в Гамбурге.

Этот источник представляет собой накопительное кольцо и рентгеновский лазер на свободных электронах, созданные в общей инфраструктуре и базирующиеся на едином линейном ускорителе с энергией электронов 6 ГэВ. Основное накопительное кольцо будет иметь периметр более 1 км, на нем будут установлены 40 экспериментальных станций, пять экспериментальных станций будет создано для рентгеновского лазера.

 

— Наверное, в Протвине?

— Да. Сейчас там действует самый высокоэнергетичный в России протонный ускоритель У‑70. Есть все необходимые условия: уникальный опыт, широкие возможности энергетического подключения, близость к другим научным центрам, подходящая геология местности.

 

— Мы там были — и почти час обходили вокруг эту установку. Идешь, как по таинственному городу, какие-то углубления, помещения...

— В Протвине есть еще 20‑километровый тоннель под землей — проект "советского CERN", который в 1990-х гг. был готов практически на 70%, причем он был создан усилиями и возможностями собственного производства Института физики высоких энергий. К сожалению, этот масштабный пионерский проект был заморожен тогда в связи с распадом СССР. При этом благодаря созданию Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» удалось сохранить работоспособным сам институт в Протвине, мощное опытное производство, которое после некоторых реноваций вполне способно справиться с современными амбициозными задачами.

 

— Это вдохновляет.

— Вместе с уникальным синхротроном «СИЛА»в рамках программы в Протвине будет создан прототип так называемого Spallation Source — нового безреакторного источника нейтронов. Сейчас мы для получения нейтронных пучков используем ядерный реактор. Здесь же для получения нейтронов будет использован упомянутый ускоритель протонов У‑70.

 

— Когда вы говорите обо всех этих проектах, надо понимать, что для их осуществления требуется особая инфраструктура. Удастся ли её создать?

— Конечно. Мы работаем над её созданием, и во многих местах она уже есть. Это относится к тому же Протвино.

Хорошими примерами служат действующая инфраструктура центральной площадки Курчатовского института, исследовательская инфраструктура, создаваемая вокруг реактора ПИК в Гатчине под Санкт-Петербургом. У него, кстати, тоже непростая история. Он создавался еще в Советском Союзе, был заморожен после аварии на ЧАЭС. Но в 2010 г., когда Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова вошел в состав НИЦ «Курчатовский институт», было принято важнейшее решение о продолжении и развитии этого проекта. Сейчас мы фактически прошли стадию так называемого физического пуска и начали поэтапно технически сложную, трудоемкую процедуру энергетического пуска реактора с соблюдением всех самых строгих требований безопасности. 

 

Так что мы имеем все основания рассчитывать, что в рамках программы развития синхротронных и нейтронных исследований в нашей стране в ближайшие десять лет будет создана самая современная распределенная сеть мегаустановок — уникальная научная инфраструктура для прорывов во многих областях науки будущего.

 

Беседовала Наталия Лескова

журнал "В мире науки", № 1/2 (январь-февраль) 2020 г.,  в сети  «Научная Россия»

Намечается модернизация Курчатовского синхротрона 

 

Премьер-министр Михаил Мишустин подписал в апреле 2021 г. распоряжение о выделении средств (13 млрд. руб.,  см.  постановление правительства РФ № 520 ) на модернизацию Курчатовского специализированного источника синхротронного излучения ("КИСИ-Курчатов").

В 2021 году планируется завершить проектные работы, а в 2025-м – ввести обновлённую мегаустановку в эксплуатацию. За это время будут полностью заменены узлы и системы ускорительно-накопительного комплекса "КИСИ-Курчатов". В результате модернизации будет создан синхротрон третьего поколения (ИССИ-3) мощностью 2,5 ГэВ, способный работать в режиме "бесконечного" времени жизни пучка.

 

Это даст возможность проводить более длительные эксперименты и значительно расширит исследовательский потенциал Курчатовского специализированного источника синхротронного излучения. Модернизация установки позволит получить новые знания о строении и свойствах вещества на микро- и наноуровне, а также решить целый ряд новых задач в материаловедении, метрологии, медицине и энергетике будущего.

 

Справочно:

Курчатовский синхротрон "КИСИ-Курчатов" – это уникальная научная установка класса "мегасайенс", единственный специализированный источник синхротронного излучения (ИССИ) на всем постсоветском пространстве (запущен в 1998 г., модернизирован в 2008). Современный "КИСИ-Курчатов" является центром коллективного пользования (второго поколения), междисциплинарной установкой, на которой одновременно проводятся исследования в области нанодиагностики, биотехнологий и живых систем, материаловедения, НБИКС-технологий, метрологии и др.

 

По материалам:  сайт НИЦ КИ

/в оригинале  есть ссылка на то же постановление правительства РФ, в целом по ситуации с ИССИ см. https://nplus1.ru/material/2018/03/02/putinsynchro /

Зелёным выделены вставки публикатора

 

Поправки публикатора, декабрь 2022:

1. Ссылка выше на сайт НИЦ КИ больше не работает -возможно, из-за серьёзной реорганизации самого сайта.

2. В обсуждении одной из тем на ВК-паблике "курчатника" на мой вопрос о ходе модернизации его представитель  Константин Нестеров заявил, в частности, что финансирование было заморожено  - "санкции повлияли  на планы модернизации".  Т. е., видимо, после 24.02.2022  (см. https://vk.com/id657932460?w=wall-171192948_3326_r3334) стало невозможным  осуществлять ранее намеченные планы международного сотрудничества и по этому конкретному проекту...