В последние годы спрос на производимые Институтом ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) промышленные ускорители электронов серии ЭЛВ стабильно растет, в том числе за счет китайских заказчиков. Так, китайские компании планируют подписать контракты с ИЯФ СО РАН на поставку 50 ускорителей ЭЛВ в ближайшие 2,5 года. В целом за последние 15 лет спрос на ускорители ЭЛВ вырос в 4 раза.
Основная характеристика любого коллайдера – его светимость, величина, отражающая количество столкновений частиц во встречных пучках за одну секунду. Чем больше светимость, тем больше специалисты получают изучаемых элементарных частиц. Благодаря этому повышается статистическая значимость, а значит физики проводят более точные эксперименты по проверке Стандартной модели. В 2024 г. на российском коллайдере ВЭПП-2000 Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) более чем за десять лет непрерывной работы был набран интеграл светимости 1 обратный фемтобарн (1 фб-1). Это очень большая величина, характеризующая количество зарегистрированных ценных событий рождения частиц, использованных для изучения физики элементарных частиц. Если сопоставить 1 обратный фемтобарн с привычными человеку величинами, то получится 33 млрд событий рождения, или 300 терабайт информации. Это достижение российских физиков переводит коллайдер ВЭПП-2000 в класс высокопроизводительных машин, которые специалисты называют фабриками.
Линейный ускоритель (линак) – это важнейшая «система жизнеобеспечения» синхротрона. Для формирования синхротронного излучения необходимо сначала получить электроны очень высокой энергии. Именно в линаке формируется пучок электронов, который поступает в бустер-синхротрон, а потом в накопитель-источник синхротронного излучения, после чего синхротронное излучение попадает к пользователям установки. Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) установили около половины оборудования линейного ускорителя Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») в помещениях ЦКП.
В Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН в рамках проекта по созданию молодежных лабораторий Министерства науки и высшего образования РФ организована лаборатория имплантерных ионных источников. Ее программа включает решение различных фундаментальных задач: изучение взаимодействия ионного пучка с материалами, получение ионных пучков с ультрамалым эмиттансом и вопросы их транспортировки в электродинамических системах. Результаты научных исследований могут быть использованы в развитии микроэлектронной промышленности России.
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза (УТС) проводятся с использованием различных типов установок – ловушек, в которых плазма удерживается при помощи магнитных полей. Необходимая температура плазмы для подобных экспериментов составляет порядка сотен миллионов градусов. «Вскипятить» ионизированный газ до такой температуры непросто, с большой эффективностью на это способны инжекторы мощных атомарных пучков. Одним из признанных мировых лидеров в разработке и производстве подобных устройств является Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Специалисты ИЯФ СО РАН представили новое поколение инжекторов атомарных пучков с обновленной ионно-оптической системой (ИОС) – сердцем всего устройства. Благодаря инновационным решениям, успешно реализованным в новой версии системы, инжекторы атомарных пучков ИЯФ СО РАН смогут работать в установках нового поколения – со стационарным удержанием плазмы. На новую ионно-оптическую систему был получен патент.
Супер С-тау фабрика – это будущий электрон-позитронный коллайдер, проект которого развивает Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Научная программа установки включает изучение частиц, содержащих очарованные кварки и тау-лептоны, и поиск новых физических эффектов, не описываемых Стандартной моделью. Концептуально проект уже разработан. Сегодня исследователи занимаются детальной проработкой технических решений для элементов установки и моделированием различных процессов эксперимента. Так, например, было проведено моделирование поведения электронов (их скорость, поперечная и продольная диффузия) в газовой смеси для внутренней трекинговой системы – части детектора, которая первая видит рожденные после столкновения электронов и позитронов частицы. Именно от выбора газовой смеси зависит качество измерения траектории полета детектируемых частиц.
Эксперимент NICA, созданный на базе Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в городе Дубна, как и все мегасайенс-проекты, производит огромное количество данных, которые нужно оперативно обрабатывать. Ожидается, что в процессе работы эксперимента SPD (Spin Physics Detector) будет производиться более десяти петабайт данных в год.
Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) начали монтаж оборудования линейного ускорителя — стартовой ступени ускорительного комплекса — в готовых помещениях здания инжектора Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»). Это позволит приблизить начало работ с электронным пучком и, в конечном итоге, ввод в эксплуатацию ЦКП «СКИФ».
Вакуумные камеры – критически важное оборудование, которое будет установлено внутри каждого магнитного элемента накопительного кольца Центра коллективного пользования «СКИФ» (ЦКП «СКИФ»). От точности производства этих конструкций зависят параметры и время жизни пучка, а значит и работа всей ускорительной машины. Вакуумные камеры должны быть супергерметичными, с глубоким разрежением воздуха – концентрация молекул в таких устройствах на 12 порядков меньше, чем в обычной комнате. Опыт и производственные возможности Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) позволяют разрабатывать и в большом объеме создавать такое высокотехнологичное оборудование. В настоящее время на экспериментальном производстве ИЯФ СО РАН изготавливается более двухсот вакуумных камер для накопительного кольца ЦКП «СКИФ».
Команда специалистов Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработала и запустила экспериментальный стенд, который позволит изучить усталостное разрушение материалов под действием быстрых повторяющихся тепловых нагрузок. Эти исследования покажут, как поведут себя материалы, предназначенные для изготовления первой стенки термоядерного реактора-токамака, под воздействием огромных температур (более 1000 градусов), мощных импульсных потоков плазмы и излучения. Уникальность установки в том, что на ней можно быстро воспроизвести полный цикл нагрузок, которым будет подвержена стенка за все ожидаемое время службы реактора. Она позволит набрать до 10 миллионов импульсов нагрева примерно за 2 рабочих недели. На других установках это занимает период около года. Работа выполнена в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ).
Научные сотрудники Лаборатории бор-нейтронозахватной терапии Физического факультета Новосибирского государственного университета и ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН работают над проектом установки, которая должна стать прототипом будущего термоядерного реактора на основе открытых магнитных систем. Воплотить в жизнь эту идею исследователи ИЯФ СО РАН планируют с помощью газодинамической многопробочной ловушки (ГДМЛ). Эта ловушка не только призвана объединить в себе основные достоинства газодинамического и многопробочного удержания, которые активно изучались в ИЯФ СО РАН на протяжении многих лет, но и должна продемонстрировать эффективность нового, пока не исследованного экспериментально, диамагнитного режима, в котором плазменные токи полностью вытесняют магнитное поле из объема плазмы, формально увеличивая пробочное отношение до бесконечности.
Глава правительства отметил, что одним из мест подготовки высококлассных специалистов в регионе является новосибирский Институт ядерной физики. Его специалисты получают большой объем знаний, необходимых для достижения технологического и промышленного суверенитета.