Важно

На границе науки

Что Томский политех делает в мегасайенс

В 2023 году Россия сохранила свои позиции в топ-10 стран по объему финансирования в науку (47,6 млрд долл.). Такие данные приводятся в докладе Института статистических исследований и экономики знаний ВШЭ. Одно из направлений, в которое государство активно вкладывает ресурсы, — создание сверхмощных и дорогостоящих научных комплексов, или мегасайенс-проектов. Они позволяют проводить уникальные исследования высокой степени сложности и выходить за пределы привычных представлений. «Ученые Томского политехнического университета имеют большой опыт в области рентгеновского инжиниринга, управления синхротронными и импульс-ными пучками. Это позволило вузу присоединиться к проектам программы развития синхротронных и нейтронных исследований с момента ее утверждения кабмином в 2020 году. На данный момент политехники участвуют в реализации и проводят исследования на четырех отечественных установках класса мегасайенс: Сибирском кольцевом источнике фотонов (СКИФ), Байкальском глубоководном нейтринном телескопе (Baikal-GVD), Гамма-обсерватории TAIGA, а также коллайдере NICA. Для нас участие в каждом из проектов — большая честь и ответственность»,?— отмечает проректор по науке и стратегическим проектам ТПУ Алексей Гоголев.В обзоре корреспондента газеты?— результаты последних исследований, а также работы по созданию установок.

СКИФ

В 2023 году Томский политехнический университет совместно с партнерами приступил к созданию еще одной станции?— «Электронная структура». Она позволит исследовать поверхности наноматериалов, катализаторов и устройств современной микро- и наноэлектроники. Томский политех будет выполнять работы по монтажу, шефмонтажу, шефналадке оборудования и изготовит хатчи.

«Ученые политеха изготавливают хатчи для пяти из шести станций первой очереди СКИФ. Это защитные сооружения, которые будут ограждать ученых от радиационных излучений во время проведения исследований. В декабре 2023 года мы отгрузили в Новосибирск первые элементы таких хатчей. В первой партии, которая отправилась к заказчику, более 250 позиций. Общий вес конструкций — около 22 тонн. Длина таких конструкций для разных станций может достигать 20 метров», — отмечаетАлексей Гоголев.

Кроме того, в августе 2023 года на площадке X Международного форума технологического развития «Технопром» было подписано соглашение о создании консорциума «Синхротронное излучение в нефтегазовых технологиях» между Томским политехническим университетом, центром коллективного пользования «СКИФ» и Научно-Техническим Центром «Газпром нефти». Вместе с ТПУ в консорциум также вошли образовательные и научные организации страны. Его участники будут проводить совместные исследования и разрабатывать технологии для добычи трудноизвлекаемой нефти.

В 2023 году ученые Томского политеха завершили этап проектирования станции «Микрофокус» и приступили к этапу изготовления. На данный момент ученые разработали и зарегистрировали в реестре отечественного ПО Минцифры программное обеспечение, сейчас работают над апробацией системы автоматизации станции на экспериментальном стенде?— станции в миниатюре. Параллельно стартует работа по созданию многоканального дигитайзера для системы регистрации дифрактометра станции 1-2 и запуску системы регистрации на базе матричных детекторов прямого преобразования.

Сибирский кольцевой источник фотонов

Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ) — проект класса мегасайенс с синхротроном поколения «4+». Уникальные характеристики нового синхротрона позволят проводить передовые исследования с яркими и интенсивными пучками рентгеновского излучения в таких областях, как химия, физика, материаловедение, биология, геология. Также СКИФ поможет решить актуальные задачи инновационных и промышленных предприятий.

Строительство накопителя СКИФ, март 2024 г. Источник: ЦКП "СКИФ"

TAIGA

В 2023 году Томский политехнический университет подписал соглашение о сотрудничестве с Иркутским государственным университетом (ИГУ) и присоединился к исследованиям по проекту TAIGA и Baikal-GVD.

«Для гамма-обсерватории TAIGA ученые вуза разрабатывают сцинтилляционные детекторы. Они будут использованы на одной из установок мегасайенс-проекта — TAIGA-Muon. Эта установка в перспективе позволит изучать природу происхождения и массовый состав космических лучей и приблизит к пониманию механизмов их распространения во Вселенной. Особенностью наших детекторов является использование спектросмещающих волокон (WLS) и кремниевых светоприемников (SiPM), которые обеспечивают неоднородность амплитудной зависимости сигнала по площади детектора не хуже 10 % и динамический диапазон линейности амплитуд сигналов не менее 100», — отмечает старший научный сотрудник лаборатории № 33 ядерного реактора ТПУ Геннадий Дудкин.

Толщина сцинтилляционных детекторов, разработанных учеными ТПУ, может варьироваться от 27 до 30 мм, а размеры — от 500 мм до 1000 мм. Общий вес сцинтилляционной пластины может достигать 36 кг, а самого детектора — до 52 кг. В перспективе в вузе будет запущено мелкосерийное производство таких детекторов.

Гамма-обсерватория TAIGA (Tunka Advanced Instrument for cosmic ray and Gamma Astronomy) — проект класса мегасайенс по строительству на территории Тункинского астрофизического центра коллективного пользования ИГУ крупнейшей гамма-обсерватории. Ее задача — регистрация частиц сверхвысоких энергий, приходящих из Вселенной. Полученные результаты позволят решить ряд фундаментальных задач астрофизики элементарных частиц и гамма-астрономии.

Нейтринный телескоп Baikal-GVD?— установка класса мегасайенс, предназначенная для регистрации и исследования потоков нейтрино сверхвысоких энергий от астрофизических источников. С помощью телескопа ученые планируют изучать не только процессы с огромным выделением энергии, которые происходили в далеком прошлом, но и эволюцию галактик, формирование сверхмассивных черных дыр и механизмы ускорения частиц.

Установка TAIGA. Источник: taiga-experiment.info

NICA

Ученые ТПУ — постоянные участники исследований на коллайдере NICA. Так, политехники совместно с экспертами Объединенного института ядерных исследований проводят эксперимент на выведенных пучках из Нуклотрона. Для него ученые разработали схему детектирования ионного пучка в вакуумной камере, которая поможет измерять поперечный размер пучка ускоренных ионов по их черенковскому излучению в алмазной мишени. Это позволит проводить эксперименты и исследовать характеристики образованной в процессе работы коллайдера новой материи, которой не существует в природе.

«Измерительный подход в разработанной нами методике отличается от аналогичных способов аппаратурой, необходимой для его проведения. Раньше для экспериментов использовались два разных оптических тракта: ставилась мишень, от нее отводился свет и этот свет расщеплялся на два канала, на каждом из которых устанавливались измерительные приборы. В нашей методике задействован один канал. На нем стоит универсальная аппаратура, которая дает возможность анализировать обе характеристики. Это позволяет производить измерение на меньшем количестве оборудования без потери точности»,?— подчеркивает профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Александр Потылицын.

NICA — коллайдер протонов и тяжелых ионов, строящийся на базе Лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна, Московская область). Коллайдер способен разгонять и сталкивать пучки протонов и тяжелых ионов (вплоть до очень массивных ионов золота).

Подготовила Елена Медведева