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	Основное назначение Обработка заготовок, изготовление/доработка деталей и оснастки для экспериментальных станций СИ и ускорительного комплекса. Подготовка образцов: резка, шлифование, полирование, сверление заготовок Основное оборудование Станочная металлообработка в т.ч. ЧПУ, электроискровая и лазерная резки, ленточная пила, сверление, 3D печать. Слесарные, сварочные работы. Отрезные, шлифовальные, полировальные станки для пробоподготовки к исследованиям на СИ.
2	Механической обработки (сектор сборки) ISO 8	Основное назначение Сборка в чистых условиях высоковакуумных узлов и компонентов вакуумных систем для экспериментальных станций СИ и ускорительного комплекса. Сборка в чистых условиях рентгеновских детекторов. Основное оборудование Слесарные верстаки и инструменты
3	Вакуумных испытаний ISO 8	Основное назначение Откачка и отжиг, проверка на вакуумную прочность узлов и агрегатов. Основное оборудование Многофункциональные течеискатели. Высоковакуумный откачной пост. Источники питания и средства для отжига вакуумных объемов
4	Макромолекулярной кристаллографии, в т.ч.: - Комната для раскапывания препаратов биополимеров ISO 7, 17-23 С</li> - Комната выращивания кристаллов ISO 8, 17±1 С</li> - Комната выращивания кристаллов ISO 8, 4±1 С</li> - Комната извлечения кристаллов белка ISO 7, 17-23 С</li> - Предварительный РСА ISO 7, 17-23 С</li> - Помещение пробоподготовки кристаллографии ISO 7, 17-23 С</li> - "Темная комната", требуется красное освещение ISO 7, 17±1 С</li>	Основное назначение Комплекс из термостатированных комнат для подготовки кристаллов после транспортировки, кристаллизации белков с возможностью проверки кристаллов. Замена буферного раствора для транспортировки на раствор для кристаллизации и/или концентрирование белка. Электрофорез белка (оценка чистоты) Доочистка белка (если необходимо) Измерение концентрации белка. Определение гомогенности белка перед кристаллизацией. Приготовление растворов осадитлей. Раскапывание белка и осадителей на специальном оборудовании Кристаллизация белка разными способами. Заморозка кристаллов, их хранение и транспортировка на станцию. Основное оборудование Центрифуги c охлаждением и без. Набор для проведения белкового электрофореза. Хроматографическая система, в комплекте с коллектором фракций и набором предзабитых колонок. Система для оценки светорассеивания и дзета-потенциала. Робот для приготовления растворов осадителей. Кристаллизационный робот для приготовления капель белка и добавления в них раствора осадителя. Робот для подготовки капель белка к кристаллизации. Станция автоматизированного розлива реагентов. Спектрофотометр. Морозильники (-30 С), (от -50 до -86 С). Ледогенератор. Cистема водоочистки. Лабораторные весы. Микроскопы. Набор для заморозки и транспортировки кристаллов белка. Дифрактометр.
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.