Новосибирские ученые и тульские заводы разработали уникальные насосы для обеспечения работы отечественного синхротрона

В Новосибирске завершили производство восьмисот высокотехнологичных вакуумных насосов для создания уникальной сверхглубокой вакуумной среды на строящемся синхротроне СКИФ — одном из ключевых объектов национального проекта «Наука и университеты». Для работы этого ускорителя частиц, являющегося источником мощного рентгеновского излучения для научных исследований, необходима чрезвычайно разреженная среда. Требуемый вакуум в триллион раз глубже, чем в обычном помещении, что сопоставимо с условиями в космическом пространстве на полпути от Земли до Луны. Достижение таких параметров — критически важный шаг для обеспечения лидерства российской науки в области материаловедения, биологии и фармакологии.

Создание и поддержание столь экстремального вакуума на всей протяженности кольца ускорителя, длина которого составляет 477 метров, — это сложнейшая инженерная задача. Основная нагрузка ложится на вакуумные камеры и насосы, которые должны непрерывно откачивать остатки газа. Интенсивное синхротронное излучение — побочный продукт работы ускорителя — вызывает испарение молекул с внутренних поверхностей камер, и именно насосы должны нейтрализовать эти газовые потоки.

Технологический прорыв в деталях

Для решения этой задачи применяются высокоэффективные геттерные насосы, принцип действия которых основан на связывании молекул газа специальными веществами. Эти компактные устройства, сообщает корреспондент Информационного агентства МАНГАЗЕЯ, размещаются вдоль всей орбиты движения электронов с минимальными промежутками. Разработка и производство насосов стали плодом кооперации ведущих научных и промышленных организаций страны: Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, ООО «Оптикон» и тульского завода «Полема». Каждый из восьмисот изготовленных насосов способен создавать и поддерживать вакуум с давлением до 10⁻¹¹ Торр, что демонстрирует их высочайшую эффективность.

Как подчеркнул заведующий лабораторией ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Краснов, бесперебойная циркуляция пучка электронов напрямую зависит от герметичности и уровня разреженности в камерах. Этот проект имеет стратегическую важность, так как направлен на полную замену импортного оборудования и обеспечение технологического суверенитета в области науки об ускорителях. Успех данной разработки уже нашел применение за пределами проекта СКИФ.

Новая технология проходит тестирование для использования на плазменных установках, а предварительные испытания показали выдающиеся результаты. Скорость откачки водорода достигает 1300 литров в секунду, а дейтерия — 700 литров в секунду. Таким образом, российские научные институты и промышленные предприятия не только решили конкретную задачу для мегасайенс-установки «СКИФ», но и создали конкурентоспособный продукт с большим экспортным потенциалом.

Свет будущего: сила синхротронного излучения

Синхротронное излучение, для генерации которого и строится ЦКП «СКИФ», является уникальным инструментом для изучения структуры вещества на атомарном уровне. Оно рождается, когда заряженные частицы двигаются с околосветовой скоростью по искривленной траектории в магнитном поле, испуская мощное электромагнитное излучение. Это излучение позволяет буквально видеть атомы в материалах, белках и вирусах, что открывает колоссальные возможности для создания новых лекарств и материалов с заданными свойствами.

Качество и интенсивность этого излучения напрямую зависят от стабильности пучка электронов, которую и обеспечивает созданная вакуумная система. Без сверхглубокого вакуума, создаваемого новыми российскими насосами, получить качественный пучок излучения для исследований было бы просто невозможно. Ученые смогут изучать структуру сложных белков для разработки новых препаратов или анализировать микроструктуру новых сплавов для авиации и космоса.

Данная технология имеет огромное значение для развития отечественной науки и промышленности, позволяя проводить исследования, которые раньше были возможны только в крупных международных центрах. Доступ к такому мощному источнику излучения откроет новые горизонты для исследователей из самых разных областей знаний, от биологии и медицины до химии и физики твердого тела.

Центр притяжения науки и технологий

Проект ЦКП «СКИФ» входит в структуру Национального центра физики и математики в Сарове и является флагманом российской программы развития мегасайенс-установок. Установки такого класса являются не только двигателем науки, но и мощным катализатором для регионального развития, создавая вокруг себя так называемую синхротронную долину. Это территория с высокой концентрацией высокотехнологичных компаний, стартапов и исследовательских групп, которые используют уникальный ресурс для прикладных и фундаментальных исследований.

Ожидается, что «СКИФ» станет центром притяжения для тысяч ученых со всей страны и из-за рубежа, способствуя не только прорывным открытиям, но и закреплению высококвалифицированных кадров в регионе. Развитие такой инфраструктуры создает мощный импульс для роста смежных отраслей промышленности и образования, формируя полноценную экосистему инноваций. Реализация этого масштабного проекта укрепляет позиции России на мировой научной арене и демонстрирует способность создавать уникальные технологии собственными силами.