Лабораторный комплекс

Эскиз внешнего вида лабораторного корпуса

Многолетний непосредственный опыт работы с пользователями синхротронного излучения в ЦКП СЦСТИ ИЯФ, а также опыт работы других, в том числе зарубежных, центрах синхротронных исследований показывает, что эффективность использования источника синхротронного излучения поколения 4+ "СКИФ" определяется не только уникальными высокотехнологичными возможностями источника и экспериментальных станций, но и инфраструктурой вспомогательных лабораторий, доступной пользователям.

ЦКП "СКИФ" предлагает пользователям сочетание сервиса поддержки эксперимента, анализа полученных данных и обучения студентов и новых пользователей. Лаборатории поддержки ЦКП "СКИФ" предоставят пользователям синхротронного оборудования уникальный набор вспомогательных услуг, включая срочное изготовление отдельных деталей и узлов станций и окружения образца, подготовку образцов, предварительные лабораторные эксперименты, анализ данных.

Комплекс лабораторий поддержки - составная часть ЦКП "СКИФ", он размещаются в отдельностоящем корпусе, соединенном переходами с основным зданием (экспериментальным залом) и административно-бытовым корпусом. В составе лабораторного корпуса предусмотрены отдельные блоки для лабораторных исследований, обучения пользователей и обработки результатов экспериментов.

Назначение, основные задачи лабораторного комплекса

Лабораторные исследовательские приборы и машины подбираются таким образом, чтобы оптимально дополнять возможности экспериментальных станций для поддержки исследовательской работы на синхротронном излучении и обучения как начинающих пользователей, так и студентов. Проектные возможности лабораторного корпуса определяются исходя из потребностей пользователей экспериментальных станций и нацелены на решение следующего круга задач:

Физико–химическая пробоподготовка, в том числе специализированная: резка, полировка, обработка поверхности образцов реактивами, термическая и плазменная обработка, манипуляции в газовой атмосфере, проведение химических реакций, выращивание и отбор белковых кристаллов и т.д.

Проведение предварительных исследований методами дифрактометрии, спектроскопии, микроскопии, томографии и другими на лабораторном оборудовании для организации экспериментов с использованием СИ с целью оптимизации пользовательской нагрузки на станции. Экспресс-исследования с целью отбора проб, локализации области исследования и получения первичной информации об объектах.

Подготовка научных кадров для работ с использованием СИ. Лабораторные приборы, программное обеспечение и методики, используемые в лабораторном комплексе (на приборах и в терминальных залах) будут соответствовать методикам и аппаратным решениям, используемым на станциях, что расширяет возможности обучения практической экспериментальной работе. Обучение работе с дифрактометрами, спектрометрами и т.п., а также обработка экспериментальных результатов запланированы в терминальных залах посредством эмуляции программного обеспечения и связи с выбранными приборами.

Сервисная поддержка технологического оборудования в части оперативного изготовления элементов оснастки, отдельных узлов систем окружения образца, доработки деталей, сборки, регулировки и тестирования узлов и агрегатов, ремонт и профилактическое обслуживание.

Создание комфортных условий для поддержки работы персонала и пользователей в режиме круглосуточной работы.

Организация работы лабораторного корпуса

Работы на оборудовании лабораторного корпуса осуществляются как по предварительной заявке, так и в оперативном режиме при наличии возможности. Последовательность и длительность работ определяется пользователями по согласованию с персоналом лабораторного корпуса. Непосредственно на приборах работают сотрудники (персонал) станций, имеющий соответствующие допуски для работы. Пользователи ЦКП "СКИФ" могут быть допущены к самостоятельной работе при наличии необходимых допусков и после прохождения инструктажа на рабочем месте с регистрацией в журнале. Персонал лабораторного комплекса осуществляет поддержку оборудования, помогает и контролирует пользователей в самостоятельной работе на большинстве приборов. В лабораторном корпусе не предусматривается обращения сильнодействующих отравляющих веществ, веществ с особыми условиями обеспечения радиационной безопасности, патогенных микроорганизмов и вирусов, веществ, вызывающих эпидемиологическую угрозу, инициирующих и взрывчатых веществ.

Состав лабораторного корпуса

Эскиз планировки 1-го этажа. 1 – участок механической обработки и пробоподготовки, 2 - сектор сборки, 3 - сектор вакуумных испытаний, 4 – участок макромолекулярной кристаллографии, 5 – участок миркоскопии, 6 - вакуумно-технологический участок, 7 - участок спектроскопии, 8 – участок химической подготовки, 9– участок дифрактометрии.

Эскиз планировки 2-го этажа. 1-21 и 1-22 – участок механической обработки и пробоподготовки, 11 – участок томографии, 12 – участок термического анализа, 13 – комната отдыха, 14 – терминальный класс, 15 – офисы.

В составе лабораторного комплекса планируются следующие участки:

1	Участок механической обработки и пробоподготовки	Оборудование Участка механической обработки и пробоподготовки может быть использовано как при доработке элементов ускорительного комплекса и пользовательской инфраструктуры первой и второй очереди, так и быть встроено в цикл проведения исследований на СИ. В процессе исследовательских работ на станциях СИ будет возникать потребность в оперативном изготовлении держателей образцов, детекторов и других сменных элементов, вспомогательных устройств и т.п. Подготовка геологических, материаловедческих и подобных образцов нуждается в прецизионной резке, шлифовке, полировке, напрессовывании образцов на этапе пробоподготовки. Для решения этих задач Участок механической обработки и пробоподготовки предполагается оснастить разноплановым оборудованием (в том числе ручные и ЧПУ станки,3D принтеры, прессы, шлифовальные машины) для обработки металлических, полимерных изделий и образцов природного происхождения (геология, археология). Так же на этом участке планируется сектор для сборки и тестирования вакуумных узлов, оснащенный установками сварки, получения и контроля вакуума.
2	Участок томографии	При работе с лабораторными животными (мышами) для локализации области воздействия, для исследования результатов воздействия облучения на внутренние органы животных, в том числе для сравнения до и после облучения хорошо зарекомендовали себя в среде биологов-исследователей ЯМР и оптические томографы, которыми планируется оснастить Участок томографии. Наличие таких установок в непосредственной близости со станцией СИ обусловлено необходимостью минимизировать время между подготовкой, облучением и исследованием животных, а также исключением транспортировки животных, связанной с рисками для их здоровья.
3	Участок химической подготовки	Участок предполагается оснастить оборудованием и расходными материалами для проведения химической обработки образцов в органических растворителях, щелочах и кислотах в ходе пробоподготовки и после облучения. Оборудование Участка будет использоваться в маршрутных картах (или производственных процессах) различных исследований на станциях 1-й и 2-й очереди.
4	Участок пробоподготовки макромолекулярной кристаллографии	Оборудование Участка будет частью технологического процесса исследований структуры кристаллов биополимеров на Станции 1-1 «Микрофокус» и ряде станций второй очереди. Специфические требования к помещению (температура 4 и 17 градусов, контроль влажности и потоков воздуха) определяют требования к расположению оборудования для выращивания белковых кристаллов в подвале Лабораторного корпуса. В состав участка планируется включить оборудование для подготовки растворов, робот для раскапывания проб, центрифуги, дифрактометр для первичного отбора образцов и т.п. Многие белковые кристаллы имеют время жизни порядка нескольких часов и непригодны к транспортировке, что обуславливает требование оснащения этого Участка вблизи исследовательской станций 1-1.
5	Участок исследований функциональных свойств покрытий	Исследование механических свойств, фазового состава, морфологии порошков, покрытий и функциональных материалов является объектом исследования практически на всех станциях СИ в интересах широкого круга пользователей от ВУЗов и НИИ до предприятий производителей новых материалов. Участок предполагается задействовать в технологическом процессе в сочетании с исследованиями внутренней структуры образцов на СИ, дополнительными исследованиями прочностных и функциональных свойств образцов, что позволит получить комплексные результаты, отражающие влияние различных внешних воздействий на структуру образцов и связь этого с эксплуатационными характеристиками.
6	Участок спектроскопии	Участок, оснащенный спектрометрами УФ-, видимого и ИК-диапазона и спектроскопии комбинационного рассеяния предполагается включить в технологический процесс исследований на станции 1-4 для предварительного отбора из большого потока образцов, здесь же будет проводиться подготовка образцов к исследованиям на всех экспериментальных станциях.
7	Участок дифрактометрии	Участок, оснащенный порошковым, монокристальным и универсальным дифрактометрами предполагается включить в технологический процесс исследований для предварительной характеризации структуры образцов, а также их отбора с использованием климатических и температурных камер. Важная роль лабораторных дифрактометров – обучение студентов и персонала приемам работы перед допуском к работам на СИ.
8	Участок термического анализа	Установки термогравиметрического анализа и дифференциально-сканирующей калориметрии предполагается включить в технологические процессы материаловедческих исследований, дополняя исследования на СИ, в части контроля состояния образов до и после облучения.
9	Участок микроскопии	Микроскопические исследования включены в большинство технологических процессов на этапах пробоподготовки или исследования результатов воздействия СИ на образцы. Участок предполагается оснастить комплексом микроскопов: оптическими; рамановским и атомно-силовым микроскопом; электронными микроскопами, предназначенными для получения микроизображений и исследования состава и структуры поверхности образца посредством специальных приставок, в том числе с возможностью использования двулучевой системы с ионным пучком для исследования внутренней структуры образов. Комплект различных микроскопов позволит предоставить пользователям возможности для всестороннего изучения образцов дополнительно к исследованиям на СИ.
10	Вакуумно-технологический участок	Технологические процессы напыления в вакууме могут быть включены в процедуру пробоподготовки для различных исследований, а также для формирования покрытия рентгенооптических элементов, тонких пленок (спектральных фильтров или рентгеновских зеркал).
11	Участок микроструктурной технологии	Участок необходим для обеспечения работы станции 2-й очереди «рентгеновская литография» и предполагается, что включит в себя оборудование для подготовки подложек, нанесения и проявления резистивных слоев, удаления остатков резиста из готовых структур, а также установку для литографического изготовления рентгеношаблонов.
12	Центр обработки данных (ЦОД)	Хранение и обработка большого объема экспериментальных данных, ожидаемого при проведении экспериментов на СИ с высоким пространственным разрешением, численное моделирование экспериментов, в том числе учебные программы – симуляторы обуславливают необходимость ЦОД при ЦКП «СКИФ».
13	Участок хранения ЛВЖ, баллонов и газораспределения	Безопасная организация работ с химическими реагентами и баллонами под давлением требует оснащения специального помещения – пристройки для хранения в необходимых количествах газов и реактивов для обеспечения проведения различных экспериментов и пробоподготовки.
14	Подсобные помещения и помещения хранения	Размещение инженерного и вспомогательного оборудования (насосы, компрессоры, инженерные коммутации) Хранение материалов, заготовок, узлов оборудования и запасных частей.

Симбиоз между лабораторным комплексом и синхротроном, обеспечивающий максимальную эффективность работы наших пользователей можно проиллюстрировать на примере исследования свойств конструкционных материалов и соединений.