Кристаллография, 2022, T. 67, № 5, стр. 766-770

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время уровень научного развития стран и регионов в мире во многом определяется наличием установок класса “мегасайенс”, в том числе ускорительных. Мировая практика демонстрирует, что наиболее развитые страны в сфере науки и инноваций имеют сеть центров синхротронных исследований, каждый из которых имеет свою специализацию с точки зрения решаемых задач [1]. В США в разное время работало восемь синхротронов, в Германии – семь, в Японии – пять. Специализация и решаемые задачи определяют оптимальные требования к техническим характеристикам каждого конкретного синхротрона [2].

При этом большинство передовых стран обладает технологическими источниками синхротронного излучения (СИ), работающими в интересах промышленности и обороны [3–6]. Доступ к таким синхротронам для внешних пользователей закрыт или осуществляется на коммерческой основе. Основная задача таких установок – трансфер исследований в экономику, развитие промышленного комплекса региона, повышение его конкурентоспособности. На сегодня в США функционируют три технологических синхротрона, в Европе – один, в Японии – один.

Предусмотренное Федеральной научно-технической программой развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019–2027 гг. создание национальной сети центров СИ, включающей в себя взаимодополняющие источники СИ, позволит обеспечить лидерство России в области разработки прорывных технологий и их ускоренного трансфера в экономику и социальную сферу, а также пространственное развитие страны [7].

Город Зеленоград создавался как основной научно-производственный центр советской микроэлектронной промышленности – сосредоточие уникальных высоких технологий, не имеющих мировых аналогов. Зеленоградский технологический центр обеспечивал полный цикл работ мирового уровня по созданию новой техники и технологий, в первую очередь новых материалов отечественной микроэлектронной компонентной базы в интересах обороны и промышленности [8].

Ядром зеленоградского центра должен был стать специализированный источник СИ – технологический накопительный комплекс (ТНК) “Зеленоград” на базе Научно-исследовательского института физических проблем (НИИФП) им. Ф.В. Лукина. Схема ТНК “Зеленоград” приведена на рис. 1. Строительство ТНК “Зеленоград” началось в 1984 г. и с периодическими остановками в силу различных причин велось вплоть до 2008 г., когда был введен в эксплуатацию инжекционный комплекс. Далее до 2013 г. на ТНК “Зеленоград” велись лишь выделенные работы по запуску отдельных узлов и систем установки. Инжекционный комплекс и большой накопитель ТНК “Зеленоград” приведены на рис. 2. Начиная с 2013 г. все работы на ТНК “Зеленоград” были приостановлены.

Рис. 1.

Схема ТНК “Зеленоград”.

Рис. 2.

Инжекционный комплекс (а) и большой накопитель (б) ТНК “Зеленоград”.

С учетом современных возможностей и тенденций развития синхротронных исследований спектр задач, решаемых ТНК “Зеленоград”, может быть существенно расширен и адаптирован для развития принципиально новых технологий XXI века. С учетом высокой степени готовности к вводу в эксплуатацию ТНК “Зеленоград” уже сегодня мог бы стать основой создания инжинирингового центра перспективных материалов, микроэлектроники и биомедицинских технологий для обеспечения исследований и разработок, ведущихся на базе военного инновационного технополиса “ЭРА” Минобороны России. План помещений ТНК “Зеленоград” приведен на рис. 3, а общий вид чистой технологической зоны – на рис. 4.

Рис. 3.

План помещений ТНК “Зеленоград”: 1 – экспериментальный зал (серая зона, 2350 кв. м); 2, 3, 4 – чистые технологические зоны различной площади (200, 500 и 150 кв. м соответственно).

Рис. 4.

Общий вид чистой технологической зоны.

На базе ТНК “Зеленоград” практически сформирован не имеющий аналогов научно-технологический центр, который может занять ведущее положение в создании и внедрении в экономику страны прорывных технологий, включая биомедицинские (новые лекарственные препараты, биоматериалы для регенеративной медицины, биосовместимые нейроморфные системы и биосенсоры), а также принципиально новой микро- и наноэлектронной компонентной базы, аддитивных технологий, технологий робототехники и искусственного интеллекта.

Важнейшим преимуществом ТНК “Зеленоград” является то, что на одной площадке с ним находятся крупнейшие промышленные предприятия (ПАО ГК “Микрон”, АО “Ангстрем”, АО “НИИ “Субмикрон”, АО “НИИМЭ”, НИИТМ и др.), способные освоить серийное производство разработок указанного центра, и НИУ “МИЭТ” – ведущий университет в области микро- и наноэлектроники, телекоммуникаций и информационных технологий. Таким образом, вокруг ТНК “Зеленоград” сформирован научно-образовательный и производственный комплекс, решающий задачу освоения серийного производства разработок указанного центра и подготовки кадров в самых передовых областях техники и технологии.

С целью максимально эффективной реализации потенциала синхротронных методов исследования, с одной стороны, и уникальных компетенций НИИФП им. Ф.В. Лукина, накопленных в результате многолетней работы в области микроэлектроники, сверхпроводящих материалов и метрологии, с другой стороны, предлагается создание на базе ТНК “Зеленоград” научно-технологического комплекса, предназначенного для развития следующих прорывных направлений научно-технической деятельности:

– создание сверхэнергоэффективных вычислительных нейроморфных систем (аппаратных ускорителей искусственного интеллекта, построенных на принципах работы мозга) на базе массивов мемристорных устройств (наноразмерных энергонезависимых ячеек аналоговой памяти);

– разработка новых СВЧ-устройств для инфокоммуникационных систем, систем связи и радиолокации, средств радиоэлектронной борьбы, силовой электроники;

– разработка элементной базы для сверхвысокопроизводительных процессоров, ориентированных на суперкомпьютеры с экстремально низким энергопотреблением, на основе низкотемпературных сверхпроводящих нанопроводов;

– разработка новых перспективных высокотемпературных сверхпроводящих материалов и токонесущих элементов на базе протяженных многослойных гетероструктур;

– создание методической и инструментальной базы метрологического обеспечения принципиально новых технологических процессов.

Ввод в эксплуатацию технологического синхротронного комплекса “Зеленоград” – центра “Московской технологической долины” – сыграет важную роль в консолидации потенциала сконцентрированных на севере Московской агломерации научных городов (Зеленограда, Фрязино, Менделеево и пр.) и крупных научно-производственных организаций (АО “НПП Исток им. Шокина”, ФГУП ВНИИФТРИ, ПАО “Микрон”, АО “Ангстрем”, АО “НИИ “Субмикрон”, ОАО “НПП “Пульсар”, ФГУП “НИИМА “Прогресс”, АО КРЭТ, ФГУП ВНИИОФИ и др.).

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ВВОДА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ТНК “ЗЕЛЕНОГРАД”

Основной целью ввода в эксплуатацию ТНК “Зеленоград” является обеспечение российских образовательных, научно-исследовательских и научно-производственных организаций и промышленных предприятий современным инструментом, обеспечивающим метрологическую и технологическую поддержку разработки и создания принципиально новых материалов, технологий и техники. Создание на базе ТНК “Зеленоград” современного инжинирингового центра обеспечит его резидентов эксклюзивным доступом к уникальному оборудованию, необходимому для реализации стратегии научного развития московского технополиса и единой программы научной деятельности. Характеристики ТНК “Зеленоград”, которые будут достигнуты по итогам модернизации, приведены в табл. 1.

Для достижения поставленной цели ТНК “Зеленоград” в результате ввода в эксплуатацию должен обеспечивать решение на мировом уровне следующих научных задач, соответствующих приоритетам научно-технологического развития России:

– создание принципиально новых технологических процессов, в том числе за счет возможностей сопряжения синхротронных станций с технологическими линиями, проведения сканирования объектов синхротронным пучком, выполнения технологических операций (например, литография);

– обеспечение контроля качества создаваемой продукции и проведение исследований в целях ускоренной оптимизации технологий и производственных процессов для создания перспективной отечественной электронной компонентной базы нового поколения, а также инновационных энергетических систем, включая природоподобные;

– обеспечение ускоренного поиска и разработки материалов, веществ, молекул, биологических систем, необходимых для создания конкретной инновационной продукции в сфере разработки прототипов лекарственных средств, эффективных вакцин, противовирусных лекарственных средств и других иммунобиологических препаратов для лечения инфекционных и онкологических заболеваний, а также материалов для регенеративной медицины, обеспечивающих переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям сбережения здоровья;

– обеспечение ускоренного трансфера знаний, научных исследований и разработок в экономику страны, создания и развития наукоемких производственных технологий и инновационной продукции.

Для обеспечения доступа пользователей, в том числе внешних организаций, ТНК “Зеленоград” должен работать с учетом следующих принципов:

– бесперебойность и надежность функционирования;

– возможность доступа для проведения исследований для российских организаций-пользователей вне зависимости от их территориальной удаленности;

– обеспечение постоянного контроля и совершенствования регламентов и интерфейсов взаимодействия;

– обеспечение в Российской Федерации бесперебойной работы не менее одного специализированного источника СИ в составе создаваемой сети мегаустановок в рамках Программы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время ТНК “Зеленоград” находится в высокой степени готовности к вводу в эксплуатацию, что дает реальную возможность в кратчайшие сроки сформировать на его базе научно-производственный и научно-образовательный комплекс, решающий задачу освоения серийного производства разработок указанного центра и подготовки кадров в самых передовых областях техники и технологии. Результатами ввода в эксплуатацию ТНК “Зеленоград” станут: формирование ключевого элемента национальной сети исследовательской инфраструктуры “мегасайенс” в Российской Федерации; обеспечение экспериментальных возможностей для проведения российскими научными коллективами синхротронных исследований по приоритетным направлениям научно-технологического развития России на источнике СИ третьего поколения, соответствующем всем современным стандартам в области “мегасайенс”; улучшение позиции Российской Федерации на мировом ландшафте синхротронных исследований и расширение сообщества квалифицированных пользователей СИ в целях последующего эффективного освоения установок класса “мегасайенс”.

Работа выполнена при финансовой поддержке Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”.