Нейтронам дали зеленый свет

Осенью в Швеции начнется строительство крупного общеевропейского исследовательского центра ESS с самым мощным в мире источником нейтронов.

Проект ESS (European Spallation Source – Европейский источник на основе расщепления) предназначен для исследования различных материалов посредством техники рассеяния нейтронов веществом. Нейтроны будут производиться путем расщепления ядер атомов вольфрамовой мишени при ударе протонов, разогнанных почти до скорости света 600-метровым линейным ускорителем. С процессом получения нейтронов и связано название проекта. Нейтроны собираются в пучки, направляемые на массив научных приборов, каждый из которых предназначен для наблюдения различных наборов взаимодействий между нейтронным пучком и образцом материала для анализа. Именно в проектировании и эксплуатации этих инструментов и заключается экспериментальная научная работа в проекте ESS.

Создание нового центра связано с тем, что нейтроны отлично подходят для зондирования любых материалов на молекулярном и атомарном уровне – от новых конструкционных материалов и пластмасс до медицинских препаратов и белков, что жизненно нужно как исследователям, так и разработчикам. Однако подобные исследования сильно зависят от того, сколько нейтронов может быть получено от их источника. Это называется яркостью источника. Каждый отдельный нейтрон играет свою роль в исследовании образца материала, помещенного на его пути, повышая разрешение изображения своей цели,  что означает получение более точной и качественной информации об изучаемом материале. Это позволит ученым лучше увидеть и понять атомные структуры и силы. Данную установку можно сравнить с гигантским микроскопом для изучения различных материалов.

Нейтрон взаимодействует с веществом образца, либо при столкновении с его атомами, либо путем взаимодействия с любыми магнитными силами, уже присутствующими в материале благодаря наличию у нейтрона собственного магнитного момента (спина).

Большинство существующих источников нейтронов основаны на ядерных реакторах. Этот подход в настоящее время достиг своего максимального потенциала и не может обеспечить дальнейшее развитие исследований. Настало время для новой технологии. Поэтому было разработано новое поколение источников нейтронов на основе ускорителей частиц и технологии расщепления ядер металлической мишени. Эта гораздо более эффективная технология в случае с  ESS обеспечит в 30 раз большую яркость источника нейтронов, чем у самых ярких из уже существующих.

Идея создания центра возникла еще в 1993 году, но только в 2009 году было принято решение о строительстве экспериментального комплекса в Швеции к северу от города Лунд, а центра анализа данных в Дании, в Копенгагене. Во второй половине 2012 года был проведен конкурс на проектирование. Строительство планировалось начать в начале 2013 года, но по финансовым причинам оно было перенесено на начало осени 2014 года. Только после того, как с 13 стран-участниц удалось собрать 97,5% от необходимых 1,84 млрд евро, было объявлено о начале работ.  Решение было принято сразу после того, как Германия согласилась заплатить свои 11%. До этого в феврале 5% согласилась выплатить Испания, а марте 11% - Великобритания. Основные средства на строительство выделят принимающие страны Швеция (35%) и Дания (12,5%). Солидный вклад внесут Франция (8%)  и  Италия (6%). Ожидается, что в проекте примут участие по крайней мере 17 стран.

Завершить строительство планируется, как и ранее, в конце 2019 года, а первые эксперименты начнутся в 2023 году.

Хотя сердцем комплекса является 600-метровый ускоритель и 180-метровый инструментальный зал, проектировщики не забыли и про условия для ученых. Вокруг ускорительного ядра будет построен исследовательский центр ESS площадью более 100 тыс. кв.м. Там будут лаборатории, офисы, учебные аудитории ,лекционный зал и даже общественный центр для туристов. Будет построена также Научная деревня для проживания ученых (видимо, по аналогии с Олимпийской деревней) и природный заповедник вокруг комплекса. Научный блок предполагают запустить в 2019 году, а весь комплекс завершат к 2025 году.

Программа исследований ESS планируется уже сейчас учеными и инженерами из более чем 60 лабораторий. Предполагается, что в центре каждый год будет работать около двух-трех тысяч  исследователей.

По материалам официального сайта проекта
Рисунки  автора проекта центра
Видеоролик, иллюстрирующий проект.