В Балтийском федеральном университете уже почти 10 лет работает уникальный международный научно-исследовательский центр «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» (МНИЦ РО). За сложным названием скрывается группа ученых-специалистов, работающих на так называемых «больших» установках, в первую очередь — ускорителях заряженных частиц. К машинам такого типа относятся синхротроны, в том числе и знаменитый на весь мир Большой адронный коллайдер.
Вообще, когда говорят о синхротронах, речь чаще всего идет о рентгеновском излучении, только в триллионы раз ярче, чем может производить обычная рентгеновская трубка. Это огромные, дорогостоящие и совершенно уникальные исследовательские комплексы. Технология быстро развивается и уводит учёных далеко за привычные рамки знаний. Причем речь о совершенно разных областях науки: от физики высоких энергий до искусствоведения, от вирусологии до палеонтологии.
Но самое главное, что научно-исследовательский центр готовит ученых к работе на синхротронах нового поколения и лазерах на свободных электронах. Две такие машины в ближайшие годы планируется построить в России. Подобных установок в мире единицы, кадры для них — наперечет. И БФУ им. И. Канта создает эти уникальные кадры.
Совокупно члены исследовательской группы провели более 1092 дней на международных источниках синхротронного излучения, сделали более 130 публикаций, зарегистрировали 24 объекта интеллектуальной собственности. В ноябре коллектив будет отмечать юбилей рентгеновской преломляющей оптики, которую 25 лет назад открыли в Европейском центре синхротронного излучения Анатолий Снигирев, его коллеги из Франции и российского Курчатовского института. В этой области МНИЦ РО бесспорно занимает лидирующие позиции в мире.
Анатолий Снигирев
Руководитель МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» БФУ им. Канта
И на смену первым синхротронам пришли источники второго поколения, которые делали уже для пользователей рентгеновского излучения. Вокруг них начали строить экспериментальные станции — это специализированные комплексы приборов на канале вывода излучения. На каждом синхротроне минимум 30 таких станций, на них постоянно приезжают исследователи: ученые, студенты, аспиранты, представители промышленных предприятий. В год на синхротрон может приезжать до 5 тыс. пользователей со всего мира, каждый со своей отдельной задачей. И если вы пройдете конкурсный отбор, то сможете сделать там свой эксперимент.
Затем появились синхротроны третьего поколения, там излучение уже в триллион раз ярче, чем в рентгеновской трубке. Но в Советском Союзе успели построить только синхротрон второго поколения, в Курчатовском институте. А третье поколение построить мы уже не успели, стране было не до того, это был сложный для нее период.
Сейчас Россия планирует построить новые синхротроны, есть соответствующий президентский указ. Причем это должны быть синхротроны уже даже не третьего, а четвёртого поколения. Там усложняется электронная оптика и появляется лазероподобный пучок с очень маленькой расходимостью и запредельно высокой плотностью потока. Эти синхротроны позволяют проводить исследования на совершенно новом уровне. У вас, по сути, получается огромный микроскоп, в котором вы можете рассматривать атомарную структуру. Например, вы можете видеть уязвимости микросхем, заниматься реверсивной инженерией, эти установки выводят на качественно новый уровень медицинские, биологические, химические, физические исследования. Синхротроны нужны для всех областей человеческого знания, при этом мы даже не осознаем до конца, что умеют машины четвертого поколения.
Россия решила построить сразу два таких источника: «СКИФ» в Новосибирске и «СИЛА» в Протвино. Эти комплексы не дублируют, а дополняют друг друга и могут перекрывать разные области исследований. Источник, который хотят построить в Московской области, — особенный, потому что он будет сочетать в себе кольцевой ускоритель и рентгеновский лазер на свободных электронах. Эта машина позволит расшифровывать реакции, которые происходят прямо в данное мгновение — in situ, как это называется. Например, можно увидеть ход очень быстрой химической реакции, зафиксировать его.
«СКИФ» планируется запустить к концу 2024 года, а первые 5−6 станций — к концу 2025 года. «СИЛУ» должны спроектировать до 2024 года, к 2027 году планируется создать кольцевой ускоритель и первые исследовательские станции, а до 2030 года в строй должен войти рентгеновский лазер на свободных электронах.
Синхротрон требует огромного количества специалистов. Наша работа начинается там, где готовый комплекс вводится в эксплуатацию. Потому что источник излучения еще нужно правильно использовать. Нужно знать, как устроен этот уникальный лазерный пучок, как «транспортировать» его пользователю, специально подготовив и при этом не исказив. Это огромные требования к оптике, она должна быть идеальной. И здесь у нас огромный опыт.
Дальше нужно работать с самими пользователями, а это люди из разных областей науки, и они могут не знать о синхротронах и их возможностях. Так как у нашего университета много разных направлений, мы бы хотели, чтобы в эту орбиту в пользовательском режиме вовлекались те, кто занимается магнитными материалами, наноструктурированными материалами, пленочными технологиями, биологи, медики и так далее. Всем им нужны синхротроны. И мы хотим с ними работать.
Именно поэтому мы проводим ежегодно Балтийскую школу синхротронных и нейтронных исследований. В этом году мы пригласили более 20 лекторов из разных стран. Цель школы — как раз в объединении усилий для подготовки кадров, нового поколения пользователей, которые смогут использовать весь потенциал современных синхротронов.
На базе нашей уникальной установки SynchrotronLIKE мы можем учить работе на настоящем синхротроне. Это что-то вроде тренажера, но на нем можно производить синхротронподобные эксперименты, готовить исследования и не ждать по полгода одобрения заявки для работы на синхротроне. К тому же многие научные задачи можно решить в Калининграде, не выезжая на станции в Гамбург или Гренобль, причем эти эксперименты не будут по качеству уступать тем, которые производятся на синхротроне. Это экономит массу времени, сил и средств, позволяет нам делать по-настоящему прорывные работы.
руководитель группы, заведующий лабораторией. Основное обучение должно проходить во взаимодействии с другими исследователями, при живом обмене опытом. И когда этот конвейер налажен — у тебя есть полноценная лаборатория. Мы поставили такую задачу и решили ее за 10 лет. Теперь у нас есть собственные кандидаты наук, аспиранты, студенты. Полный комплекс лаборатории позволяет нам и решать технические задачи, и заниматься фундаментальными исследованиями, и ставить эксперименты. Но при этом мы не замыкаемся в своей лаборатории, а, наоборот расширяем сети коллабораций. Уже сейчас мы видны на российском образовательном поле. Мы приглашаем студентов из других вузов на стажировки, обучаем их. Мы заметны на международной арене. Мы потихоньку, год за годом, создаем здесь свою инфраструктуру, своих специалистов для работы на установках «Мегасайенс». Это долгий процесс. Тут нужны терпение и оптимизм. И чувство юмора, конечно. Без этого никак нельзя.
