Меридианы сотрудничества

В семилетнем плане перспективного развития ОИЯИ есть раздел, посвященный развитию исследований в области физики конденсированных сред на пучках синхротронного излучения (СИ). Эти исследования в рамках стратегических задач ОИЯИ будут базироваться на своем источнике СИ, в качестве которого рассматривается как проект ДЭЛСИ, так и другие варианты более компактных и с высоким значением яркости накопителей электронов.

Вместе с этим, дирекция ОИЯИ обеспечила возможности создания своей установки на уже работающем источнике СИ в Российском национальном центре "Курчатовский институт". Еще на этапе запуска источника СИ в КИСИ в 1996 году было подписано соглашение дирекцией ОИЯИ с дирекцией РНЦ КИ (Е.П.Велихов) о нашем участии в работах по использованию СИ в физике твердого тела. Нами было выбрано направление работ по созданию установки в области исследования аморфных сред методом спектроскопии поглощения рентгеновских лучей (EXAFS-спектроскопия). Этот метод позволяет определить плотность распределения атомов в реальной структуре стеклоподобного, аморфного состояния, имеющего так называемый ближний порядок. Подобные исследования широко используются в физике твердого тела для исследования структуры, фазовых переходов, в материаловедении, в биологии для исследования структуры металлопротеинов.

В Европейских центрах СИ метод EXAFS-спектроскопии занимает около 40 процентов времени всех исследований. С точки зрения научной программы ОИЯИ эти исследования будут комплементарными к методам, развитым с использованием нейтронов на ИБР-2. При создании станции EXAFS-спектроскопии в КИСИ мы решили реализовать метод энергодисперсионной EXAFS-спектроскопии, когда спектр поглощения рентгеновских лучей формируется монохроматором в виде одномерного распределения рентгеновского излучения в области энергетической фокусировки. Это обстоятельство позволяет получить экспериментальный результат с временным разрешением до 0,1 мс, в отличие от классического метода, когда измерения по точкам EXAFS-спектра занимает около 2-3 часов.

Подобный энергодисперсионный метод позволит исследовать влияние таких внешних воздействий на исследуемый образец, как давление, температура, магнитное поле, химическая реакция и т.д. По исходным параметрам создаваемый нами прибор не уступает европейским. В России он создается впервые. Ориентировочная цена западных аналогов составляет от 600 до 900 тысяч долларов. Создание энергодисперсионного EXAFS-спектрометра мы начали с нуля. Нам показали окно выхода рентгеновского излучения из накопителя, и мы сами проектировали и изготовили канал для транспортировки излучения до входного монохроматора. Высоким требованиям на точностные характеристики механических узлов смогло соответствовать лишь одно предприятия в СНГ. Специализированное конструкторское бюро точного машиностроения (КБТМ) в Минске разработало данный проект. Из-за объективных трудностей с финансированием с одной стороны, а с другой стороны - со сложностью работ по получению проектных параметров пучка СИ на накопителе "Сибирь-2" наша деятельность идет с 2000 года. Ситуация значительно изменилась после подписания совместного плана-графика по созданию установки в 2002 году с руководством Института кристаллографии РАН и Центра синхротронных исследований под общим руководством члена-корреспондента РАН М.В.Ковальчука.

В соответствии с этим планом дирекция ОИЯИ за счет долевого взноса Республики Беларусь профинансировала работы в Минске по изготовлению основных узлов EXAFS-спектрометра. Неоценимую помощь нам оказал директор Центра физики частиц и высоких энергий профессор Н.М.Шумейко, который сумел в трудных условиях обеспечить выполнение в срок необходимого графика финансирования работ.

Совместным белорусско-японским предприятием "СОЛАР ТИИ" все было изготовлено вовремя и в соответствии с контрактом. Это предприятие уникальное не только по масштабам Белоруссии, но и России. Уже более 10 лет оно занимается разработкой и изготовлением сложнейшей оптической техники, которая, к сожалению, из-за высокой стоимости вся реализуется в Японии и Западной Европе. В ОИЯИ в рамках долевого взноса этой фирмой был поставлен единственный в странах СНГ и Европе конфокальный лазерный сканирующий микроскоп. Благодаря этому прибору у нас имеется уникальная возможность получать изображения трехмерных объектов с разрешением лучше, чем 0,2 мкм. В дальнейшем он будет использоваться для аттестации образцов для станции EXAFS-спектроскопии.

Июль для нас был очень напряженным. Именно благодаря слаженной работе трех организаций - СП "СОЛАР ТИИ" (директор В.Д.Копачевский), Института синхротронных исследований (заместитель директора В.В.Квардаков), ОИЯИ - удалось выполнить все этапы работ: доставить оборудование из Минска, осуществить прием и проверку в Москве, провести монтаж основных узлов на пучке синхротронного излучения с последующей юстировкой и выполнением самого главного элемента этого этапа - запуска многотонной скамьи на аэростатических опорах. При обработке мраморных узлов оптической скамьи точность обработки поверхностей должна была быть на уровне нескольких микрон. Если бы точность изготовления была хуже, то при запуске сжатого воздуха из-за неоднородности в материале не удалось бы реализовать "воздушную подушку", и скамья не поднималась бы на нужную высоту и не перемещалась с заданной точностью (шаг перемещения по углу составлял 20 секунд).

Неоценимую помощь в монтаже нам оказали ведущие специалисты Института синхротронных исследований: А.Забелин, Г.Ковачев и другие сотрудники.

И вот 20 июля все оборудование было смонтировано и запущена оптическая скамья. Это очень важный этап, который позволяет теперь перейти к наладке оборудования по узлам и программного обеспечения, и затем осуществить комплексный запуск на пучке СИ в полном объеме. Еще есть ряд трудных моментов, но все это преодолимо и не требует уже и больших финансовых затрат, и таких усилий как на начальном этапе. У нас сформировался работоспособный коллектив из РНЦ КИ, фирмы "СОЛАР ТИИ" и ОИЯИ, а также есть поддержка нашей дирекции в лице вице-директора ОИЯИ А.Н.Сисакяна и полномочного представителя Республики Беларусь в ОИЯИ В.И.Недилько.

В настоящее время мы приступаем к разработке научной программы первоочередных экспериментов на энергодисперсионном EXAFS спектрометре.

В заключении мы хотели поблагодарить директора СП "СОЛАР ТИИ" В.Д.Копачевского за качественное изготовление всех узлов спектрометра, а также за его личные усилия по скорейшему его запуску в РНЦ "Курчатовский институт".

В. Аксенов, С. Тютюнников.