В рамках нацпроекта «Наука и университеты» (федеральный проект "Развитие масштабных научных и научно-технологических проектов по приоритетным исследовательским направлениям") специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (г. Новосибирск) разработали проект оригинального сверхпроводящего ондулятора.
Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) – один из перспективных высокотехнологичных методов лечения злокачественных опухолей. Он заключается в накоплении в клетках опухоли стабильного нерадиоактивного изотопа бор-10 и последующего облучения нейтронами. В результате поглощения нейтрона бором происходит ядерная реакция с выделением 84% энергии реакции именно в той клетке, которая содержала ядро бора, что приводит к ее гибели. К настоящему времени БНЗТ подтвердила свою эффективность, и первые клиники уже открылись в Японии, Китае и Южной Корее. В ближайшие годы ожидается открытие клиник еще в ряде стран, в том числе и в Российской Федерации, для которой ИЯФ СО РАН изготавливает источник нейтронов, подобный поставленному в Китай.
Магнитометр – это прибор для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств материалов. Магнитометры используется повсеместно: в геологии при поиске полезных ископаемых; в археологии при археологических раскопках; для навигации на море, в космосе и авиации; в военной разведке для обнаружения погружённых подводных лодок; в биологии и медицине; в сейсмологии (предсказании землетрясений); в научных экспериментах; в магнитной геохронологии. Для всех этих задач используется различные виды магнитометров, и многие из них требуют калибровки, которой занимаются в специальных метрологических центрах.
Установка класса мегасайенс Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») позволит специалистам из различных областей наук – химикам, биологам, геологам, материаловедам и др. – изучать структуры объектов с нанометровым разрешением. Разглядеть детали менее сотни нанометров станет возможным благодаря предельно ярким и интенсивным пучкам рентгеновского излучения или синхротронного излучения (СИ). За генерацию пучка и его качество в установке отвечают специальные сверхпроводящие магниты – вигглеры. Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) создали и начали испытания первого вигглера для ЦКП «СКИФ».
Исследования в области управляемого термоядерного синтеза проводятся на экспериментальных установках, в основе которых лежат различные системы магнитного удержания. Цель у них одна – добиться нужных для термоядерного синтеза температуры, плотности и времени удержания плазмы. В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) проводят исследования на нескольких экспериментальных установках открытого типа, одна из которых – открытая ловушка со спиральным магнитным удержанием СМОЛА. На ней специалисты ИЯФ СО РАН улучшили параметры удержания плазмы, снизив поток истечения вещества в десять раз, а также повысили плотность плазмы в 1,5 раза. Ученые опубликовали две научные статьи с результатами в журнале Journal of Plasma Physics. Одна из статей попала на обложку.
Различные отрасли промышленности, в первую очередь, авиационная, требуют новых усовершенствованных материалов – с повышенной прочностью, высокой теплопроводностью, стойких к коррозии. Заданными свойствами могут обладать металлокерамические композиты. Благодаря пластичности металлической матрицы и твердости керамических частиц специалисты могут получить желаемое увеличение износостойкости. А одна из эффективных технологий, позволяющая создавать такие материалы – аддитивная, или технология 3D выращивания объектов. Специалисты Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича (ИТПМ СО РАН) совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) освоили технологию печати изделий из порошковой металлокерамики на собственной установке прямого лазерного сплавления. Полученные материалы при помощи синхротронного излучения (СИ) они исследуют в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения (ЦКП СЦСТИ) Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Исследования показали, что добавление керамического соединения диборида титана в популярный титановый сплав повышает его износостойкость в 4 раза. Важно и то, что специалисты на фундаментальном уровне объяснили причины изменения свойств материала. Оказалось, что импульсное лазерное воздействие приводит к образованию в материале нано и микроволокон, функцию которых можно сравнить с функцией арматуры в железобетоне. Результаты опубликованы в журнале Physical Mesomechanics и готовятся к публикации в журнале «Физическая мезомеханика».
В рамках нацпроекта «Наука и университеты» (федеральный проект «Развитие масштабных научных и научно-технологических проектов по приоритетным исследовательским направлениям») специалисты Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали сверхвысокомолекулярный полиметилметакрилат (СВМ-ПММА) полимерный материал с высокой молекулярной массой, обладающий прозрачностью, прочностью и, в то же время, имеющий низкое газовыделение. Он может использоваться при создании научных установок, медицинского оборудования, летательных аппаратов, надводного и подводного транспорта.
Одна из задач управляемого термоядерного синтеза (УТС) – достижение в различных видах магнитных ловушек, которые удерживают плазму, параметра β (бета), равного единице. Параметр бета определяет отношение давления плазмы к давлению магнитного поля. Его увеличение до единицы позволит многократно повысить выход термоядерной реакции, что приблизит человечество к мечте о термоядерной энергетике. Мешает этому различные неустойчивости, которые развиваются в плазме даже при параметре бета, равном нулю. За время работы в области УТС ученые научились подавлять некоторые из этих неустойчивостей и стабилизировать ионизированное вещество. В Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) специалисты провели расчеты, которые позволят стабилизировать один из самых опасных видов неустойчивостей – баллонную. Результаты опубликованы в журнале Nuclear Fusion.
Коллайдер ВЭПП-2000 и два его детектора СНД и КМД-3 создавались в Институте ядерной физики ми. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) для измерения всех адронных состояний, рожденных в электрон-позитронных столкновениях в области энергий до 2 ГэВ. Одно из таких состояний – рождение пары нейтрон-антинейтрон. Специалисты ИЯФ СО РАН первыми в мире измерили структуру данной пары на пороге реакции. До новосибирского эксперимента информации о структуре нейтрона и антинейтрона на пороге процесса не было. Результаты опубликованы в 2022 году в журнале European Physical Journal C и доложены на международных конференциях.
Одна из основных характеристик Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ»), которая и относит данный источник синхротронного излучения (СИ) к установкам класса «мегайсайенс» и поколению «4+» – его беспрецедентно малый эмиттанс (около 76 пм·рад). Этот параметр определяет уровень яркости СИ, а значит и исследовательских возможностей ЦКП «СКИФ». Значение эмиттанса формируется благодаря магнитной структуре основного кольца ускорительного комплекса, которая разрабатывается и производится в Институте ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Первый серийный магнит для накопительного кольца уже изготовлен на экспериментальном производстве Института и теперь проходит этап измерительных процедур.
Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) создали и сдали в эксплуатацию твердотельный модулятор индукционного типа микросекундного диапазона мощностью более 100 МВт. Это источник питания для клистрона – устройства, которое производит сверхвысокочастотную энергию для некоторых научных установок. Созданный модулятор способен в импульсном режиме – вплоть до нескольких микросекунд – выдавать более 100 МВт, что составляет примерно ¼ мощности новосибирской ГЭС. При столь колоссальной мощности модулятор компактен – его размер сопоставим с платяным шкафом. При этом устройство настолько безопасно, что допустима работа в непосредственной близости от него. Созданный модулятор будет питать линейный ускоритель синхротрона СКИФ (ЦКП «СКИФ»), а его следующие версии планируется использовать в питании собственных установок института. Ученый совет ИЯФ СО РАН признал эту разработку лучшей в 2022 году.
Как известно, основную информацию о структуре микромира физики получают с помощью анализа результатов соударения различных частиц. Например, при аннигиляции электрона и позитрона происходит рождение пары барион и антибарион. При экспериментальном изучении этих процессов в недавнее время была обнаружена необычная зависимость вероятности этих процессов от энергии сталкивающихся частиц вблизи порога реакций, то есть в случае, когда относительная скорость родившихся частиц является маленькой по сравнению со скоростью света. Это явление привлекло внимание многих теоретиков, были высказаны различные гипотезы о его природе. Специалистам Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) удалось разработать теоретическую модель, в рамках которой единым образом были описаны все наблюдающиеся явления. Начиная с 2014 г., на эту тему авторами было опубликовано много работ. В 2022 г. в журнале Physical review D вышли три научные статьи об этом явлении: Phys. Rev. D. 105, L031501 (2022), Phys. Rev. D. 105, 074002 (2022), Phys. Rev. D. 106, 074012 (2022).