Ruski "Cern": U Sibiru niče naučno postrojenje kakvom nema ravnog u svetu
17:46 05.09.2021 (Osveženo: 18:55 05.09.2021)
© Sputnik / Grigoriй Sыsoev
Pratite nas
U naučnom gradu Koljcovo kod Novosibirska počela je izgradnja izvora sinhrotronog zračenja 4+ generacije „Skif“, koje ubrzava elektrone i protone. Oko njega će se nalaziti 30 eksperimentalnih stanica. Prema ključnim elementima - emisiji i snazi - ovom aparatu nema ravnog na svetu.
On će omogućiti da se radi na velikim otkrićima u oblasti biologije, hemije, fizike, nauke o materijalima, čime će pomoći razvoju visokotehnoloških grana industrije.
Direktor Centra za kolektivnu upotrebu „Sibirskog prstenastog izvora fotona" (Skif) i zamenik direktora Instituta za nuklearnu fiziku „G. I. Budkera“ Evgenije Levičev otkrio je za Sputnjik princip njegovog rada i karakteristike.
Neželjeni efekti ubrzanja
Naučnike često optužuju da su njihova istraživanja previše fundamentalna i ne mogu da se koriste u praksi. Međutim, razvoj tehnike akceleracije je to opovrgao. Zaista, velika postrojenja, čija se cena često poredi sa cenom lansiranja u kosmos, napravljena su kako bi se razotkrile misterije u sveta. Ova postrojenja se sve češće koriste i za druge vrste zadataka. U svetu postoje na stotine akceleratora i oko šezdeset sinhrotrona.
Sinhrotron je kružnog oblika sa vakumskom trubom, u kojoj se ubrzavaju lako naelektrisane čestice kao što su elektroni.
„Prema zakonu dinamike bilo koje naelektrisano telo koje se ubrzava – zrači. Što se brže pokreće čestica to su interesantnija svojstva zračenja. Prvo, prilikom ubrzanja koja su slična brzini svetlosti one se pomeraju u područja kratke talasne dužine koja predstavlja rendgenski spektar. Drugo, pojavljuje se uska traka, elektroni ne zrače na sve strane kao što je to slučaj sa antenom, već u veoma oštrom konusu u pravcu smera kretanja, slično kao laser“, objašnjava Levičev.
Ovaj fenomen je otkriven 1947. godine na sinhrotronu kompanije „Dženeral elektrik“ iz SAD. U početku su otkrili da postoje neželjeni efekti koji čestice teraju da gube energiju. Tokom godina su shvatili da su sinhrotrona zračenja bolja nego što ih daje rendgen. Pomoću njih su i izučili kristalne rešetke minerala i rašifrovali strukturu DNK.
Sinhrotrona zračenja su omogućila naučna dostignuća i nekoliko nagrada Nobel. Naučnici su mogli da dešifruju strukturu fermenta za sintezu adenozin trifosfat (ATP je u stanju da uskladišti i transportuje energiju unutar ćelija). To im je pomoglo da shvate uređaj jonskog kanala ćelijske membrane, ribozome, proces sinteze proteina, da otkriju zeleni fluorescentni protein i serpentinske receptore.
Prvi sinhrotroni su predviđeni za zračenje elementarnih čestica. Sada se izvori sinhrotronog zračenja grade kao kolektivni centri u kojima naučnici iz raznih zemalja istovremeno sprovode na desetine eksperimenata i to besplatno.
„Napravljen je takav način rada da se naučnici prijavljuju, njihove zahteve razmatra ekspertska komisija. Jedini uslov je da rezultati moraju biti objavljeni u obliku naučnog rada. Samo komercijalne kompanije često nisu spremne da objave svoje podatke i plaćaju rad naučnika na licu mesta“, izjavio je naučnik.
Najsnažniji sinhrotroni izvor
Najvažnija karakteristika Izvora za sinhrotrono lučenje (ISSI) je emitovanje i osvetljenost.
Levičev je izvor uporedio sa fenjerom: „Uzmimo kao primer da želimo da osvetlimo nešto jako sitno. U slučaju da je izvor svetlosti veliki onda će na objekat pasti mali broj fotona i ništa nećemo videti. Znači da je potreban srazmeran izvor svetlosti. Pritom, potrebno je i da ugao pod kojim se zraci razilaze bude mali, inače opet neće biti dovoljan broj fotona. Ugaona divergencija (meri intenzitet izvora ili ponora vektorskog polja u određenoj tački) za određenu veličinu izvora naziva se emisija ili fazna zapremina“.
Osvetljenost predstavlja izlučivanje gama-kvantova u sekundi. Naučnicima su potrebni izvori za sinhrotrono izlučivanje jakog osvetljenja.
Sinhrotroni prve generacije su imali veliku emisiju oko 300 nanometra po radijanu (merna jedinica za ugao). Pošto izvrše svoju misiju, posle ubrzavanja čestica oni više nisu potrebni, ali mogu da posluže u dobrobit nauke. Dve takve mašine se nalaze u Institutu nuklearne fizike „Buter“ – VEPP-3 i VEPP-4 (kontra elektron-pozitronskim snopovima).
Izvori sinhrotronog izlučivanja 2. generacije sa emisijom od 50-100 nanometra po radijanu pojavili su se 1980. godine. Jedan od njih je „Kisi-Kurčatov“ u Moskvi koji su napravili novosibirski fizičari. Treća generacija predstavlja jedan nanometar po radijanu, a četvrta još manje nego treća generacija.
„Sada bolje razumemo zakone kretanja čestica u akceleratorima, pravimo elemente na kompjuterizovanim poljima i razvijamo algoritme upravljanja. Isprojektovali smo mašinu sa emisijom od 75 pikometra po radijanu. Za sada je to svetski rekord“, navodi fizičar.
Nova instalacija je dobila ime „Skif“ (Sibirski kružni izvor fotona). To je 4+ generacija sa snagom na granici mogućnosti fizike, koji omogućava da se u realnom vremenu prate brzo projektujući procesi i značajno ubrzaju eksperimenti.
„Ako snimanje difrakcijske slike na ISSI-3 traje oko minut, onda će ona na Skif-u trajati delić sekunde. Biće moguće da se snimaju rentgenski filmovi o uzajamnom uticaju lekova i virusa i hemijske reakcije u katalizatoru", navodi Levičev.
„Skif" je ispred svojih prethodnika i po nivou koherentnosti, kada se svi elektroni u snopu izlučuju u jednom talasu. Za to je odgovoran sistem magneta ili ondulator. Samo u Institutu nuklearne fizike ih mogu pretvoriti u superprovodnike. Koherentno izlučivanje će omogućiti da se napravi tomografski, odnosno, detaljan snimak.
„To je jedinstvena mogućnost. Naučnici dalje razmišljaju za koje zadatke mogu još da koriste ovaj metod", primetio je naučnik.
Naučni olimpijci
Fizičari Instituta nuklearne fizike se smatraju jednim od najboljih proizvođača akceleratora naelektrisanih čestica na svetu. Osnivač instituta akademik Bunker je još 1960. godine naučnom kolektivu dao najambicioznije zadatke. Tako je Novosibirsk ušao u tri najbolje laboratorije sveta gde su proizvedeni prvi akcelerator čestica. VEP-1 iz Instituta za nuklearnu fiziku je pradeda Velikog nuklearnog akceleratora u CERN-u. Pored toga, u Institutu za nuklearnu fiziku je aktivna i eksperimentalna fabrika u kojoj rade hiljade ljudi.
„U vreme Peresrojke, kada je finansiranje smanjeno, institut se trudio ne samo da preživi, već i da radi u cilju budućih projekata. Počeli smo da radimo na zadacima koji su potpisani sa državama celog sveta. Institut je dobio najnovije mašine. Naša oprema je sada po celom svetu od SAD do Japana. Mi smo kao sportisti koji non-stop treniraju. Kada smo dobili nalog da sagradimo Skif mi smo bili u veoma dobroj formi. Mi razumemo procese koji se stvaraju u takvim akceleratorima, jer imamo odličnu opremu", objašnjava Levičev.
Odluka da se sagradi „Skif" je doneta 2018. godine. Federalni istraživački cetar Instituta katalizatora Ruske akademije nauka. Na međunarodnom naučno-tehničkom forumu „Tehnoprom 2021" u Novosibirsku je najavljen početak izgradnje.
Mašina ima nekoliko delova. Linijski akcelerator baca snopove elektrona u kružni akcelerator-buster koji je malih razmera. Tamo se čestice ubrzavaju skoro do brzine svetlosti i dolaze do sonhrotrona u kojem se smeštaju u veličini u skoro pola kilometra. Odatle polazi na desetine kanala u stanice. Celokupna aparatura se nalazi na kopnu.
Snop leti kroz metalnu cev, koja je unutra pokrivena nepropusnim geterimi (materijal u kome se postiže veliki vakum). U cevi se nalaze vigleri i odnulatori koji čine sistem magneta. On omogućava da se oformi snop i da mu se dodele određena svojstva. U kanalima za izdvajanje se nalaze alati za elektronsko i optičko fokusiranje. Mora se istaći da nije lako upravljati rentgenskim fotonima s obzirom da oni prolaze kroz materijal. Međutim, u Rusiji se prave i unikatna sočiva i mnogoslojna ogledala koja odbijaju rentgenske snimke i formiraju snop pravilnog oblika.
Plan je da se sagrade još dva ISSI pod rukovodstvom Naučnog istraživačkog centra „Kurčakovski institut" na Dalekom istoku i u Podmoskovlju u Protvinu (na šest gigaelekron volta). „Skif" ima specifične parametre. On će opsluživati oko pedeset instituta u Novosibirskoj oblasti koji rade na istraživanjima u sferi biologije, fizike, hemije, geologije i arheologije.
Instalacija velikih razmera privlače naučnike iz celog sveta. Tokom pandemije kovida 19 porastao je interes da se ISSI koristi za izučavanje virusa i drugih mikrobioloških čestica. Institutu je u najkraćem mogućem roku morao da isplanira i deo za Državni naučni centar virusologije i biotehnologije „Vektor", a ujedno i rade na stvaranju digitalnog „Skifa".
