«Наука в Сибири» № 46 (2881) 22 ноября 2012 г. Центры коллективного пользования ИЯФ СО РАН Из доклада академика Г. Н. Кулипанова. Презентация доклада: часть 1, часть 2, часть 3. Во всём мире современная инфраструктура выполнения исследовательских работ в различных областях науки существенным образом определяется наличием сети исследовательских центров коллективного пользования (ЦКП), образованных вокруг уникальных установок (как правило, это установки «mega science»). На базе созданных в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН источников синхротронного излучения ВЭПП-3 и ВЭПП-4, лазера на свободных электронах NovoFEL, ускорительного масс-спектрометра AMS в настоящее время работают Центр синхротронного и терагерцевого излучения и Центр геохронологии кайнозоя. Работы с синхротронным излучением в Новосибирске были начаты в 1973 году, в семидесятые годы в мире работало только три рентгеновских источника синхротронного излучения — ВЭПП-3 (Новосибирск), DORIS (Германия) и SPEAR (США). В то время Сибирский центр синхротронного излучения находился на мировом уровне и во многом определял этот уровень. Первые в мире исследования на синхротронном излучении структуры цезиевых солей ДНК с использованием аномального рассеяния были проведены профессором М. А. Мокульским (Институт молекулярной генетики РАН, Москва). Первое в мире рентгенодифракционное «кино» с рекордным временным разрешением 2 миллисекунды, демонстрирующее изменение структуры живой мышцы в процессе сокращения, было получено группой А. А. Вазиной (Институт биофизики РАН, Пущино). Самый интенсивный по тем временам пучок рентгеновского излучения мощностью 1,2 киловатта был получен из первого в мире сверхпроводящего вигглера, установленного на ВЭПП-3 в 1980 году. Создание во многих странах мира в 1980–1990-х годах нового поколения источников синхротронного излучения, каждый стоимостью (0,5–1,5) миллиарда долларов, обеспечило новый исследовательский, технический и организационный уровень проведения работ с синхротронным излучением (СИ). В настоящее время в мире насчитывается 46 действующих источников СИ, работающих на исследователей 6–8 тысяч часов в год. На каждом источнике установлено от 20 до 60 различных экспериментальных станций, ежегодно в мире работу с синхротронным излучением проводят около шестидесяти тысяч исследователей. За последние годы шесть Нобелевских премий в области химии и биологии были получены за работы, выполненные с помощью синхротронного излучения. В Сибирском центре синхротронного излучения сегодня работает тринадцать экспериментальных станций, созданных с участием сотрудников многих институтов СО РАН. 1. Станция «LIGA-технология и рентгеновская литография» — глубокая рентгеновская литография в толстых (до 1 мм и более) резистивных слоях для изготовления микроструктур, в том числе рентгеношаблонов. 2. Станция «Взрыв» — исследование быстропротекающих (за микросекунды) процессов, в том числе, исследование ударно-волновых и детонационных процессов. 3. Станция «Прецизионная дифрактометрия и аномальное рассеяние» — прецизионные исследования (получение порошковых дифрактограмм высокого разрешения) атомной структуры веществ. 4. Станция «Локальный и сканирующий рентгенофлуоресцентный элементный анализ» — определение основного элементного состава и микропримесей в образцах — определение распределения элементного состава в различных протяженных объектах с разрешением 100 мкм. 5. Станция «Дифрактометрия при высоких давлениях» — рентгендифракционные исследования образцов при высоких давлениях и (или) повышенной температуре. 6. Станция «Рентгеновская микроскопия и томография» — получение рентгеновских проекционных и томографических изображений образцов с микронным разрешением. 7. Станция «Дифракционное „кино“ (дифрактометрия с временным разрешением)» — исследование структурных превращений при химических реакциях и внешних воздействиях. 8. Станция «Малоугловое рассеяние» — исследование образцов и проб веществ различной природы методом малоуглового рентгеновского рассеяния. 9. Станция «Люминесценция с временным разрешением» — исследование спектральных и временных свойств люминесценции образцов. 10. Станция «Прецизионная дифрактометрия-2» — прецизионные исследования (получение порошковых дифрактограмм высокого разрешения) атомной структуры веществ на фиксированных энергиях рентгеновских квантов. 11. Станция «EXAFS-спектроскопия» — получение EXAFS спектров от образцов и извлечение структурной информации о локальном окружении атомов, исследование зарядового состояния ионов в образце методом XANES-спектроскопии. 12. Станция «Мягкая рентгеновская спектроскопия» — исследования в мягком рентгеновском диапазоне спектра в целях метрологии (калибровка рентгеновских детекторов, элементов рентгеновской оптики и др.) и извлечение структурной информации о локальном окружении атомов лёгких элементов периодической системы. 13. Станция «Космос» на ВЭПП-4 — исследования в ВУФ и мягком рентгеновском диапазоне спектра в области метрологии (калибровка рентгеновских детекторов, элементов рентгеновской оптики и др.). В прошедшем 2011 году на пучках СИ в течение 2000 часов проводили работы исследовательские группы более чем из 50-ти институтов, университетов и других организаций России и зарубежных стран, в том числе из 18 институтов СО РАН. Несмотря на общее отставание от лучших зарубежных центров синхротронного излучения, некоторые работы нашего Центра по-прежнему определяют мировой уровень в своей области. Например, только в Новосибирске на станции «Взрыв» исследуются взрывные и детонационные процессы с временным разрешением 125 наносекунд (!) сотрудниками Института гидродинамики, Института химии твёрдого тела и механохимии, российских ядерных центров из Снежинска и Сарова. Кроме того, Институт ядерной физики является признанным мировым лидером в области разработки и изготовления генераторов интенсивных пучков СИ с помощью разнообразных вигглеров и ондуляторов, создаваемых на базе сверхпроводящих магнитов, постоянных магнитов, обычных электромагнитов. Новосибирские вигглеры и ондуляторы установлены практически на всех источниках синхротронного излучения России, Европейских стран, США, Канады, Австралии, Бразилии. В связи с началом работ в терагерцевом диапазоне на мощном лазере на свободных электронах NovoFEL название Центра в 2005 году было расширено — Сибирский центр синхротронного и терагерцевого излучения (СЦСТИ). Структурно ЦКП «Сибирский центр синхротронного и терагерцевого излучения» по существу объединяет два Центра: «Сибирский центр синхротронного излучения» и «Сибирский центр фотохимических исследований и технологий», расположенный на территории ИХКиГ. В 2011 году на пучках терагерцового излучения проводили работы в течение 1200 часов 22 исследовательские группы из семи институтов СО РАН, НГУ, НГТУ и двух организаций из Москвы. На пучках ТГц в настоящее время работают 6 экспериментальных станций: метрологическая станция; cтанция химико-физических и биологических исследований; станция молекулярной спектроскопии; станция фотохимии; станция «Интроскопия и спектроскопия»; станция «Аэродинамика». Мощность NovoFEL (0,5 кВт), относительная ширина линии (0,3 %) и диапазон плавной перестройки являются рекордными показателями в мире. Работы с терагерцевым излучением на базе ЛСЭ в Новосибирске во многом определяют современный мировой уровень работ в этой области. Следует отметить пионерные работы по мягкой абляции терагерцевым излучением излучением биологических объектов (ИХКиГ, ИЦиГ, ИЯФ), сверхбыструю терагерцевую спектроскопию (time domain spectroscopy, ИХКиГ, ИЯФ) и исследование влияния терагерцового излучения на биологические объекты (ИЦиГ). Второй центр коллективного пользования — «Геохронология кайнозоя» функционирует на базе лабораторий Института археологии и этнографии СО РАН, Института геологии и минералогии СО РАН и Института ядерной физики СО РАН. В ИЯФ СО РАН для ЦКП создан комплекс ускорительной масс-спектрометрической аппаратуры (УМС) для измерения ультранизких концентраций изотопов с относительной чувствительностью до 10-15 г/г. В современном живом объекте (растения, животные) содержание радиоактивного изотопа 14С находится на уровне 10-12 относительно стабильного изотопа 12С; когда объект отмирает, количество 14С уменьшается в два раза за 5730 лет. В концепцию УМС заложены специальные возможности по уменьшению фона, определяемого ионами и молекулами типа 13СH. 12CH2, 14N. Испытания, проведенные в 2011 году, показали возможность достижения фона до 10-15, что соответствует определению возраста более 50 тыс. лет. За 2011 год проведено тестовое датирование 154 образцов из различных органических материалов (ископаемые кости, древесина, древесный уголь, карбонаты, донные осадки и др.). В 2012 году уже проведено датирование около 500 образцов. Проведено более 50 сверочных измерений образцов с предположительно известным возрастом. Результаты определения возраста найденных в Новосибирской области костных останков бизона, пещерного льва и мамонта (около 20–25 тыс. лет) свидетельствуют о теплом климате в Сибири в это время. Также были проведены измерения возраста проб в кернах бурения донных осадков озер Шира и Телецкое. В 2012 году начаты работы по использованию УМС для биомедицинских исследований (ИЯФ СО РАН, ИК СО РАН и НГУ). Будущее развитие работ в ЦКП «Геохронология кайнозоя» мы видим следующим образом: необходимо выделение специального финансирования Президиума СО РАН для Института археологии и этнографии; кроме того, нужна поддержка Приборной комиссии СО РАН по покупке нового оборудования. Необходимо также увеличение производительности участка пробоподготовки с помощью сотрудников химических институтов. Для расширения работ с терагерцевым излучением необходимо строительство небольшого экспериментального зала для размещения новых экспериментальных станций. Будущее развитие работ с синхротронным излучением обязательно должно быть связано со строительством нового источника СИ. Мы во многом определяем мировую идеологию создания следующего поколения источников СИ. Мы сохранили и развили технологический потенциал для создания нового поколения источников СИ, выполняя контракты для США, Англии, Германии, Испании, Швейцарии, Франции и других стран. Но нам необходима активная поддержка всего научного сообщества по созданию нового источника СИ (~ 10 млрд. руб) в Новосибирске, возможно в рамках создания установки mega-science чарм-тау фабрики в ИЯФ СО РАН. стр. 7