«Αυτό είναι παγκόσμιο ρεκόρ». Μια εξαιρετικά φωτεινή πηγή ακτινοβολίας κατασκευάζεται στη Σιβηρία
- Κατηγορία ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
- 0 σχόλια
ΜΟΣΧΑ, 30 Αυγούστου - RIA Novosti, Tatyana Pichugina. Στην επιστημονική πόλη Κολτσόβο κοντά στο Νοβοσιμπίρσκ, ξεκίνησε η κατασκευή μιας πηγής ακτινοβολίας σύγχροτρον 4+ γενιάς, SKIF. Τριάντα πειραματικοί σταθμοί θα τοποθετηθούν τριγύρω. Όσον αφορά τις βασικές παραμέτρους - εκπομπή και φωτεινότητα - αυτή η εγκατάσταση δεν έχει αντίστοιχη στον κόσμο μέχρι στιγμής. Θα επιτρέψει την πραγματοποίηση ανακαλύψεων επιπέδου Νόμπελ στη βιολογία, τη χημεία, τη φυσική, την επιστήμη των υλικών και θα γίνει κινητήριος δύναμη για τις βιομηχανίες υψηλής τεχνολογίας. Evgeniy Levichev, διευθυντής του Κεντρικού Κέντρου Συλλογικής Χρήσης SKIF του Ινστιτούτου Κατάλυσης του Παραρτήματος της Σιβηρίας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών, Αναπληρωτής Διευθυντής του Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής με το όνομα G.I.
Οι επιστήμονες συχνά κατηγορούνται για το γεγονός ότι η έρευνά τους είναι πολύ θεμελιώδης και όχι πρακτικής χρήσης. Ωστόσο, η ανάπτυξη της τεχνολογίας επιταχυντών το διαψεύδει εντελώς. Πράγματι, τεράστιες εγκαταστάσεις, συγκρίσιμες σε κόστος με την εκτόξευση στο διάστημα, κατασκευάστηκαν για πρώτη φορά για να διεισδύσουν στα μυστικά του σύμπαντος. Με την πάροδο του χρόνου, ωστόσο, χρησιμοποιούνταν όλο και περισσότερο για άλλες εργασίες. Εκατοντάδες επιταχυντές λειτουργούν αυτή τη στιγμή στον κόσμο, συμπεριλαμβανομένων περίπου εξήντα σύγχρονων.
Ένα σύγχροτρο είναι ένας δακτύλιος σωλήνα κενού στον οποίο επιταχύνονται τα φορτισμένα με φως σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια.
"Σύμφωνα με τους νόμους της ηλεκτροδυναμικής, κάθε φορτισμένο σώμα, που παρουσιάζει επιτάχυνση, ακτινοβολεί. Όσο πιο γρήγορα κινείται το σωματίδιο, τόσο πιο ενδιαφέρουσες είναι οι ιδιότητες της ακτινοβολίας. Πρώτον, με ταχύτητα κοντά στο φως μετατοπίζεται απότομα στην περιοχή βραχέων κυμάτων - το X -φάσμα ακτίνων Δεύτερον, εμφανίζεται μια στενή κατευθυντικότητα, τα ηλεκτρόνια ακτινοβολούν όχι προς όλες τις κατευθύνσεις, όπως σε μια κεραία, αλλά σε έναν πολύ αιχμηρό κώνο προς την κατεύθυνση της κίνησης, σχεδόν σαν λέιζερ», εξηγεί ο Evgeny Levichev.
Αυτό το φαινόμενο ανακαλύφθηκε το 1947 στο σύγχροτρο της General Electric στις ΗΠΑ . Αρχικά, θεωρήθηκε μια περιττή παρενέργεια, με αποτέλεσμα τα σωματίδια να χάσουν ενέργεια. Αλλά χρόνια αργότερα, συνειδητοποίησαν ότι η ακτινοβολία σύγχροτρον είναι πολύ καλύτερη από αυτή που δίνει ένας σωλήνας ακτίνων Χ. Αλλά με τη βοήθειά του, μέχρι εκείνη τη στιγμή είχαν ήδη μελετήσει τα κρυσταλλικά πλέγματα των ορυκτών, αποκρυπτογραφούσαν τη δομή του DNA.
Η ανθρωπότητα οφείλει πολλά επιστημονικά επιτεύγματα και πολλά βραβεία Νόμπελ στην ακτινοβολία σύγχροτρον. Οι επιστήμονες μπόρεσαν να αποκρυπτογραφήσουν τη δομή του ενζύμου για τη σύνθεση του ATP - το ενεργειακό νόμισμα των κυττάρων, να κατανοήσουν τη δομή του καναλιού ιόντων της κυτταρικής μεμβράνης, τα ριβοσώματα, τη διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης, να ανακαλύψουν την πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη, οφιοειδείς υποδοχείς.
Τα πρώτα σύγχροτρα προορίζονταν για τη μελέτη στοιχειωδών σωματιδίων, ο χρόνος για άλλες εργασίες κατανεμήθηκε σύμφωνα με την αρχή του υπολειπόμενου. Τώρα οι πηγές ακτινοβολίας σύγχροτρον (ISSI) κατασκευάζονται ως τεράστια κέντρα συλλογικής χρήσης, όπου επιστήμονες από διαφορετικές χώρες πραγματοποιούν ταυτόχρονα δεκάδες πειράματα. Και δωρεάν.
«Αυτή η σειρά έχει καθοριστεί. Οι ερευνητές υποβάλλουν αιτήσεις, εξετάζονται από επιτροπή εμπειρογνωμόνων και εάν εγκριθούν, παρέχουν χρόνο στη δοκό και το σέρβις. Η μόνη προϋπόθεση είναι τα αποτελέσματα να δημοσιευτούν σε μορφή επιστημονικού άρθρου. Μόνο εμπορικές εταιρείες, που συχνά δεν είναι έτοιμες να αποκαλύψουν τα δεδομένα τους, πληρώνουν τις εργασίες για την εγκατάσταση», λέει ο επιστήμονας.
Η πιο φωτεινή πηγή SI
Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του ISSI είναι η εκπομπή και η φωτεινότητα που εξαρτάται από αυτό. Ο Evgeny Levichev συγκρίνει την πηγή με έναν φακό: "Ας πούμε ότι θέλουμε να φωτίσουμε κάτι μικρό καλά. Εάν ο φακός είναι μεγάλος, τότε λίγα φωτόνια χτυπούν το αντικείμενο και δεν θα δούμε τίποτα. Άρα, χρειαζόμαστε μια πηγή φωτός που να είναι ανάλογη . Ταυτόχρονα, η γωνιακή απόκλιση της δέσμης θα πρέπει επίσης να είναι μικρή, διαφορετικά δεν θα υπάρχουν ξανά αρκετά φωτόνια. Το γινόμενο της γωνιακής απόκλισης και το μέγεθος της πηγής ονομάζεται εκπομπή, ή όγκος φάσης."
Φωτεινότητα - ο αριθμός των γάμμα κβαντών που εκπέμπονται ανά δευτερόλεπτο, διαιρούμενος με την εκπομπή - όσο μεγαλύτερο, τόσο ισχυρότερο είναι το ρεύμα της δέσμης και τόσο μικρότερη είναι η εκπομπή. Οι ερευνητές χρειάζονται ISSI υψηλής φωτεινότητας.
Τα σύγχροτρα πρώτης γενιάς είχαν μεγάλη εκπομπή, της τάξης των 300 νανόμετρων ανά ακτίνιο. Οι επιταχυντές σωματιδιακής φυσικής που έχουν λήξει δεν απαιτούνται πλέον, αλλά μπορούν ακόμα να χρησιμεύσουν προς όφελος της επιστήμης. Η INP έχει δύο τέτοια μηχανήματα - VEPP-3 και VEPP-4.
Πηγές ακτινοβολίας σύγχροτρον δεύτερης γενιάς με εκπομπή 50-100 νανόμετρα ανά ακτίνιο εμφανίστηκαν τη δεκαετία του 1980. Ένα από αυτά - το "KISI-Kurchatov" στη Μόσχα - κατασκευάστηκε από φυσικούς του Νοβοσιμπίρσκ. Η τρίτη γενιά είναι ένα νανόμετρο ανά ακτίνιο, η τέταρτη είναι ακόμη λιγότερο.
"Τώρα καταλαβαίνουμε καλύτερα τους νόμους της κίνησης των σωματιδίων στους επιταχυντές, δημιουργούμε στοιχεία σε ηλεκτρονικές μηχανές, αναπτύσσουμε αλγόριθμους ελέγχου. Σχεδιάσαμε μια μηχανή με εκπομπή 75 πικομέτρων ανά ακτίνιο. Μέχρι στιγμής αυτό είναι παγκόσμιο ρεκόρ", λέει ο φυσικός.
Η νέα εγκατάσταση ονομάστηκε "SKIF" - η πηγή φωτονίων του δακτυλίου της Σιβηρίας. Πρόκειται για ένα ISSI 4+ γενιάς με φωτεινότητα στο όριο της φυσικής ικανότητας, που καθιστά δυνατή την παρατήρηση γρήγορων διεργασιών σε πραγματικό χρόνο και την σημαντική επιτάχυνση των πειραμάτων.
"Εάν η λήψη ενός σχεδίου περίθλασης στο ISSI-3 διαρκεί, υπό όρους, ένα λεπτό, τότε στο SKIF διαρκεί ένα κλάσμα δευτερολέπτου. Θα είναι δυνατή η λήψη φιλμ ακτίνων Χ σχετικά με την αλληλεπίδραση ενός φαρμάκου και ενός ιού, χημικές αντιδράσεις στην κατάλυση», αναφέρει ο Levichev.
Το "SKIF" ξεπερνά τους προκατόχους του ως προς τη συνοχή, όταν όλα τα ηλεκτρόνια σε μια δέσμη ακτινοβολούν στο ίδιο μήκος κύματος. Τα μαγνητικά συστήματα - κυματιστές - είναι υπεύθυνα για αυτό. Μόνο στο INP μπορούν να τα κάνουν υπεραγώγιμα. Η συνεκτική ακτινοβολία θα σας επιτρέψει να δημιουργήσετε μια τομογραφική, δηλαδή ογκομετρική, εικόνα. "Αυτό είναι μοναδικό. Οι επιστήμονες εξακολουθούν να σκέφτονται για ποιες εργασίες θα το χρησιμοποιήσουν", σημειώνει ο επιστήμονας.
Ολυμπιονίκες από την επιστήμη
Οι φυσικοί του BINP θεωρούνται από τους καλύτερους προγραμματιστές επιταχυντών φορτισμένων σωματιδίων στον κόσμο. Ήδη από τη δεκαετία του 1960, ο ιδρυτής του Ινστιτούτου, ο ακαδημαϊκός Budker, έθεσε τα πιο φιλόδοξα καθήκοντα για την επιστημονική ομάδα. Έτσι, το Νοβοσιμπίρσκ μπήκε στα τρία κορυφαία εργαστήρια στον κόσμο, όπου κατασκευάστηκαν οι πρώτοι επιταχυντές. Ο VEP-1 από το INP είναι ο προ-προπάππους του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN. Και εκτός αυτού, στο ΙΝΠ λειτουργεί πειραματικό εργοστάσιο, το οποίο απασχολεί χίλια άτομα.
"Κατά τη διάρκεια της περεστρόικα, όταν η χρηματοδότηση μειώθηκε απότομα, το ινστιτούτο προσπάθησε όχι μόνο να επιβιώσει, αλλά να εργαστεί για το μέλλον. Αρχίσαμε να εκπληρώνουμε συμβόλαια για εργαστήρια σε όλο τον κόσμο. Με τα έσοδα, δημιουργήσαμε νέες εγκαταστάσεις στο INP, τα πιο προηγμένα μηχανήματα Ο εξοπλισμός μας είναι πλέον σε όλο τον κόσμο "Από τις ΗΠΑ μέχρι την Ιαπωνία . Είμαστε σαν αθλητές που προπονούνται συνεχώς. Όταν μας δόθηκε εντολή να φτιάξουμε το SKIF, ήμασταν σε πολύ καλή κατάσταση. Καταλαβαίνουμε τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα σε τέτοιους επιταχυντές , έχουμε εξαιρετικά εργαλεία», εξηγεί ο Evgeny Levichev.
Η απόφαση για τον σχεδιασμό του SKIF ελήφθη το 2018. Πελάτης και προγραμματιστής είναι το FRC Institute of Catalysis του Παραρτήματος της Σιβηρίας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών. Και τώρα, στο διεθνές επιστημονικό και τεχνολογικό φόρουμ "Technoprom-2021" στο Νοβοσιμπίρσκ, ξεκίνησε η κατασκευή.
Το μηχάνημα αποτελείται από πολλά μέρη. Το linac εκτοξεύει μια δέσμη ηλεκτρονίων σε έναν σχετικά μικρό ενισχυτικό δακτύλιο. Εκεί, τα σωματίδια επιταχύνονται σε ταχύτητα σχεδόν φωτός και εισέρχονται στο συσσωρευτή-σύγχροτρο, μεγέθους σχεδόν μισού χιλιομέτρου, από το οποίο δεκάδες κανάλια εξόδου εκτείνονται κατά μήκος της περιμέτρου έως τους σταθμούς χρηστών. Όλες οι κατασκευές είναι πάνω από το έδαφος.
Στον συσσωρευτή, η δέσμη πετά κατά μήκος ενός μεταλλικού σωλήνα επικαλυμμένου στο εσωτερικό με μη επιμεταλλόμενους δέκτες, υλικά που απορροφούν τα υπολειμματικά αέρια και δημιουργούν ένα πλήρες κενό. Ο σωλήνας είναι εξοπλισμένος με κουνητές και κυματιστές, συστήματα μαγνητών που εστιάζουν τη δέσμη και της προσδίδουν τις επιθυμητές ιδιότητες. Στα κανάλια εξόδου - μέσα ηλεκτρονικής-οπτικής εστίασης. Πρέπει να πούμε ότι τα φωτόνια ακτίνων Χ δεν είναι καθόλου εύκολο να ελεγχθούν, καθώς διεισδύουν μέσα από υλικά. Αλλά στη Ρωσία ξέρουν πώς να κατασκευάζουν μοναδικούς φακούς και πολυστρωματικούς καθρέφτες που εκτρέπουν τις ακτίνες Χ και σχηματίζουν μια δέσμη του σωστού μεγέθους στο δείγμα.
Τα σχέδια είναι να κατασκευαστούν δύο ακόμη ISSI υπό την ηγεσία του NRC " Kurchatov Institute ": στην Άπω Ανατολή και στο Protvino κοντά στη Μόσχα (για έξι γιγαηλεκτρονβολτ). Το «SKIF» έχει τις δικές του ιδιαιτερότητες, που προκύπτουν από τις παραμέτρους του. Θα εξυπηρετεί περίπου πενήντα ινστιτούτα στην περιοχή του Νοβοσιμπίρσκ , επιλύοντας προβλήματα στον τομέα της βιολογίας, της φυσικής, της χημείας, της γεωλογίας και της αρχαιολογίας. Φυσικά, μια τέτοια μεγάλης κλίμακας εγκατάσταση θα προσελκύσει επιστήμονες από όλο τον κόσμο. Ναι, και η ζωή κάνει τις δικές της προσαρμογές. Κατά τη διάρκεια της πανδημίας COVID-19, έχει αυξηθεί το ενδιαφέρον για τη χρήση του ISSI για τη μελέτη ιών και άλλων μικροβιολογικών αντικειμένων. Οι προγραμματιστές έπρεπε να σχεδιάσουν επειγόντως έναν ξεχωριστό σταθμό για το SSC "Vector", καθώς και να δημιουργήσουν ένα ψηφιακό δίδυμο του "SKIF".
Τελευταία τροποποίηση στιςΤρίτη, 21 Φεβρουαρίου 2023 08:18