По Соглашениям о предоставлении субсидии от «22» декабря 2021 г. №075-11-2021-086 (внутренний номер 15.СИН.21.0008) и от «28» февраля 2023 г. №075-15-2023-448 (внутренний номер 15.СИН.21.0025) с Минобрнауки России в рамках Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019 – 2027 годы выполняется Проект «Разработка и развитие основных элементов государственной системы обеспечения единства измерений на источниках синхротронного излучения для контроля качества ключевых узлов и деталей изделий промышленности с международным признанием результатов»

Цели исследовательской программы (проекта):

1. реализация следующих мероприятий Федеральной программы:
   • мероприятия по проведению синхротронных и нейтронных исследований (разработок), необходимых для решения принципиально новых фундаментальных и крупных прикладных задач,
   • мероприятия по созданию сетевой синхронной и нейтронной научно-исследовательской инфраструктуры на территории Российской Федерации,
   • мероприятия по подготовке специалистов в области разработки, проектирования и строительства источников синхротронного и нейтронного излучения, а также научных кадров для проведения синхротронных и нейтронных исследований (разработок) в целях получения результатов мирового уровня;
2. разработка государственной системы обеспечения единства измерений на источниках синхротронного излучения и нейтронов;
3. модернизация метрологического канала Курчатовского специализированного источника синхротронного излучения «КИСИ-Курчатов»;
4. создание первичного радиометрического источника на основе синхротронного излучения в рамках реализации принятого на 26-й Генеральной конференции мер и весов принципа определения единиц измерений СИ через фундаментальные физические константы.

Задачи исследовательской программы (проекта):

Принципиально новые фундаментальные задачи:

• Проведение исследований в области использования синхротронного источника в качестве эталонного источника излучения, основанного на использовании фундаментальных физических констант, для высокоточного воспроизведения и передачи единиц спектрорадиометрии рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения;
• Проведение международных исследований и сличений с РТВ и другими метрологическими институтами;
• Создание и исследование элементов полимерной рентгеновской оптики.

Крупные прикладные задачи:

• Формирование технического облика центров аттестации и сертификации ключевых изделий промышленности на основе синхротронного излучения, состоящих из трех зон/элементов: зона белого излучения, зона спектральной селекции и компарирования детекторов, зона криогенного радиометра;
• Полная модернизация экспериментальной станции (канал «Метрология») Курчатовского источника синхротронного излучения, включая каналы вывода излучения для создания Центра аттестации изделий промышленности с использованием синхротронного излучения.
• Разработка и аттестация ряда подходов и методик измерения параметров функциональных и конструкционных материалов, тонких пленок и других изделий промышленности на экспериментальных станциях Курчатовского источника синхротронного излучения.

Проект будет выполняться коллективом, составленным из сотрудников ФГУП «ВНИИОФИ», НИЦ «Курчатовский институт» и МФТИ. Каждый из привлекаемых сотрудников является ученым с высокой квалификацией, автором многочисленных работ в российских и международных рецензируемых журналах, индексируемых в международных базах цитирования Scopus и WoS. Часть из ученых обладает большой педагогической практикой.

На этапе № 1 в период с «22» декабря 2021 г. по «31» декабря 2021 г. за счет внебюджетных средств выполнялись следующие работы:

Работы выполняемые МФТИ:

• Расчёт процессов легирования тонких пленок оксида гафния и изготовление тестовых конденсаторов на их основе;
• Изготовление функциональных тонкопленочных структур и изготовление прототипов устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии на их основе;
• Лабораторная характеризация прототипов устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии на основе функциональных тонкопленочных структур;
• Разработка технологических основ изготовления тонкоплёночных пьезоэлектрических конденсаторов для использования в пьезоэлектрических генераторах и устройствах фотоники и микроэлектроники;
• Исследование и выбор оптимальных (мет)акрилатсодержащих компонент фотоинициирущих систем для 3D печати преломляющих линз для рентгеновской микроскопии.

Работы выполняемые ВНИИОФИ:

• Проведение тестовых измерений детекторов с использованием СИ канала источника Сибирь-1 для подготовки к проведению международных сличений.

На этапе № 1 были получены следующие результаты:

Результаты полученные МФТИ:

• Экспериментальные образцы тонкоплёночных пьезоэлектрических конденсаторов на основе легированного оксида гафния;
• Экспериментальные образцы прототипов наноустройств на основе функциональных тонкопленочных структур;
• Результаты исследований свойств прототипов наноустройств на основе функциональных тонкопленочных структур;
• Технологические основы создания тонкоплёночных пьезоэлектрических конденсаторов с требуемыми электромеханическими свойствами;
• Результаты выбора (мет)акрилатсодержащих компонент фотоинициирущих систем для создания рентгеновских линз.

Результаты полученные ВНИИОФИ:

• Результаты измерений параметров детекторов;
• Методика калибровки, программа сличений.

На этапе № 2 в период с «01» января 2022 г. по «31» декабря 2022 г. выполнялись следующие работы:

Работы выполняемые ВНИИОФИ:

• Проведение теоретических и экспериментальных исследований в области использования синхротронного источника в качестве эталонного источника излучения, основанного на использовании фундаментальных физических констант, для высокоточного воспроизведения и передачи единиц спектрорадиометрии рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения;
• Разработка сверхвысоковакуумной камеры экспериментальной станции канала для первичной радиометрии на «белом» пучке;
• Изготовление сверхвысоковакуумной камеры экспериментальной станции канала для первичной радиометрии на «белом» пучке;

В том числе за счет внебюджетных средств были выполнены следующие работы:

• Метрологическая аттестация разработанных на 2 этапе методик измерений
• Проведение исследований образцов детекторов
• Подготовка к модернизации экспериментальной станции (канал «Метрология») и формирование технического облика центров аттестации и сертификации ключевых изделий промышленности на его основе.

Работы выполняемые НИЦ «Курчатовский институт»:

• Апробация методик измерения параметров изделий промышленности на экспериментальных станциях Курчатовского источника синхротронного излучения;
• Модернизация сверхвысоковакуумного канала вывода синхротронного излучения;

В том числе за счет внебюджетных средств были выполнены следующие работы:

• Подготовка к модернизации сверхвысоковакуумного канала вывода синхротронного излучения для экспериментальной станции центра аттестации и сертификации ключевых изделий промышленности (канал «Метрология»).

Работы выполняемые МФТИ:

• Отработка лабораторного технологического регламента и изготовление с помощью аддитивной технологии 3D печати (фемтосекундная двухфотонная фотополимеризация) образцов асферических преломляющих линз из полимерных и гибридных материалов для рентгеновской микроскопии с использованием СИ;
• Анализ накопленных данных и разработка методики измерений электронных и химических свойств в функциональных тонкопленочных структурах прототипов устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии in operando методом высокоэнергетической фотоэмиссионной спектроскопии (HAXPES) с использованием источников СИ;
• Разработка методики измерений скорости деградации из-за эволюции фазового состава функциональных тонкопленочных структур в прототипах устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии in operando методом рентгеновской дифракции с использованием источников СИ;
• Разработка методики измерений магнитных свойств индивидуальных слоев в функциональных тонкопленочных структурах прототипов устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии in operando на основе методов XAS/XMCD с использованием источников СИ;
• Разработка методики измерений кинетических параметров сегнетоэлектрического переключения в прототипах элементов памяти in operando методом аномальной рентгеновской микродифракции с использованием источников СИ;
• Реализация образовательной программы по тематике создания и применения источников синхротронного излучения для студентов, проходящих обучение в бакалавриате;
• Модернизация программ образовательных курсов и разработка для них учебных планов и учебно-методических материалов по тематике создания и применения источников СИ.

В том числе за счет внебюджетных средств были выполнены следующие работы:

• Исследование пьезо- и электромеханических свойств тонких функциональных пленок в прототипах устройств пьезоэлектрических генераторов и устройств фотоники и микроэлектроники и их эволюции во время работы методами сканирующей зондовой микроскопии;
• Изготовление прототипов устройств наноэлектроники для отработки методов измерений магнитных, электронных и химических свойств;
• Разработка требований к параметрам элементов полимерной рентгеновской оптики и проведение исследований материалов органических и гибридных фоторезистов для оценки применимости в экспериментальных каналах источников СИ;
• Проведение исследований лучевой стойкости в интенсивном рентгеновском пучке синхротронного излучения рентгеновских линз из полимерных и гибридных материалов;
• Разработка методики измерений пьезо- и электромеханических свойств функциональных структур в прототипах устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии in operando методом рентгеновской дифракции с использованием источников СИ;
• Разработка методики измерений фазового состава функциональных структур в прототипах устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии методом рентгеновской дифракции с использованием источников СИ;
• Расчёт геометрий тонкопленочных структур, обеспечивающих необходимые электромеханические параметры пьезоэлектрического слоя;
• Расчёт механических напряжений в функциональных слоях гибких тонкоплёночных конденсаторов для использования в гибкой электронике и устройствах сбора энергии из окружающей среды.

Работы выполняемые совместно:

• Экспериментальная проверка образцов асферических преломляющих линз (выполнялось МФТИ совместно с НИЦ «Курчатовский институт»);
• Модернизация экспериментальной станции (канал «Метрология») в части инсталляции сверхвысоковакуумной камеры экспериментальной станции канала для первичной радиометрии на «белом» пучке (выполнялось ВНИИОФИ совместно с НИЦ «Курчатовский институт»);
• Модернизация экспериментальной станции (канал «Метрология») в части инсталляции оптической системы первичной спектральной фильтрации и коллимации синхротронного излучения (выполнялось ВНИИОФИ совместно с НИЦ «Курчатовский институт»);

На этапе № 2 были получены следующие результаты:

Результаты полученные МФТИ:

• Изготовлены экспериментальные образцы асферических преломляющих линз для рентгеновской микроскопии с использованием СИ;
• Разработана методика измерений электронных и химических свойств в функциональных тонкопленочных структурах на основе метода HAXPES;
• Разработана методика измерения скорости деградации из-за эволюции фазового состава функциональных тонкопленочных структур в прототипах устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии;
• Разработана методика измерений магнитных свойств индивидуальных слоев в функциональных тонкопленочных структурах прототипов наноустройств электроники и экологически чистых источников энергии in operando на основе методов XAS/XMCD;
• Получены результаты экспериментальных исследований кинетических параметров сегнетоэлектрического переключения в прототипах элементов памяти in operando методом аномальной рентгеновской микродифракции;
• Разработана методика измерения кинетических параметров сегнетоэлектрического переключения в прототипах элементов памяти;
• Получены результаты экспериментальных исследований пьезоэлектрических коэффициентов тонких пленок в прототипах устройств пьезоэлектрических генераторов и устройств фотоники и микроэлектроники, полученные методами сканирующей зондовой микроскопии;
• Изготовлены чипы с образцами устройств, оптимизированные для проведения in operando измерений;
• Разработаны требования к параметрам элементов полимерной рентгеновской оптики;
• Получены результаты оценки применимости элементов полимерной рентгеновской оптики для использования в экспериментальных каналах источников СИ;
• Получены результаты экспериментальных исследований лучевой стойкости в интенсивном рентгеновском пучке СИ рентгеновских линз из полимерных и гибридных материалов;
• Получены результаты исследований пьезоэлектрического коэффициента тонкоплёночных пьезоэлектрических конденсаторов с использованием российских и зарубежных источников СИ;
• Разработана методика измерений пьезоэлектрического коэффициента тонкоплёночных пьезоэлектрических конденсаторов;
• Получены результаты измерений фазового состава функциональных структур в прототипах устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии с использованием российских и зарубежных источников СИ Методика измерений фазового состава функциональных структур;
• Разработана численная модель тонкопленочных функциональных структур;
• Получены результаты расчёта механических напряжений в функциональных слоях гибких тонкоплёночных пьезоэлектрических конденсаторах;
• Подготовлены специалисты по тематике создания и применения источников СИ из числа студентов бакалавриата МФТИ и слушателей (не менее 40 чел.);
• Разработаны учебные планы, учебно-методические материалы, программы образовательных курсов по тематике применения источников СИ (не менее 2).

Результаты полученные НИЦ «Курчатовский институт»:

• Получены результаты апробации и экспериментальной оценки показателей точности измерений;
• Создана инфраструктура для вывода и транспортировки пучка синхротронного излучения в оптический хатч;
• Разработаны усовершенствованная конструкция сверхвысоковакуумного канала вывода синхротронного излучения для экспериментальной станции центра аттестации и сертификации ключевых изделий промышленности.

Результаты полученные ВНИИОФИ:

• Получены результаты теоретических и экспериментальных исследований в области использования синхротронного источника в качестве эталонного источника излучения, основанного на использовании фундаментальных физических констант, для высокоточного воспроизведения и передачи единиц спектрорадиометрии рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения;
• Создана инфраструктура для вывода и транспортировки пучка синхротронного излучения в оптический хатч;
• Аттестованы методики измерений;
• Получены результаты экспериментальных исследований образцов детекторов;
• Разработаны варианты конструкции сверхвысоковакуумной камеры, интерфейсных и вспомогательных элементов. Перечень дополнительного оборудования и узлов, необходимых для эксплуатации;
• Изготовлена сверхвысоковакуумная камера экспериментальной станции канала для первичной радиометрии на «белом» пучке;
• Разработан типовой проект создания центров аттестации и сертификации ключевых изделий промышленности.

Результаты полученные ВНИИОФИ совместно с НИЦ «Курчатовский институт»:

• Создана инфраструктура для первичной радиометрии на «белом» пучке синхротронного излучения;
• Создана инфраструктура для первичной спектральной фильтрации и коллимации синхротронного излучения.

Результаты полученные МФТИ совместно с НИЦ «Курчатовский институт»:

• Получены результаты исследований применения образцов фотополимерных асферических преломляющих линз для рентгеновской микроскопии с использованием СИ.

На этапе № 3 в период с «01» января 2023 г. по «31» декабря 2023 г. выполнялись следующие работы:

Работы выполняемые ВНИИОФИ:

• Проведение исследований в области использования пучка СИ со спектральной фильтрацией для калибровки спектральной чувствительности приемников (детекторов), измерений спектрального пропускания фильтров, тестирования перспективных оптических систем и их компонент на основе новых материалов и покрытий;
• Разработка сверхвысоковакуумной камеры экспериментальной станции канала для проведения калибровок и исследований на пучке СИ со спектральной фильтрацией;
• Изготовление сверхвысоковакуумной камеры экспериментальной станции канала для проведения калибровок и исследований на пучке СИ со спектральной фильтрацией.

В том числе за счет внебюджетных средств были выполнены следующие работы:

• Метрологическая аттестация разработанных на 3 этапе методик измерений;
• Проведение сличений спектральной чувствительности детекторов с использованием источника синхротронного излучения и первичного эталона ГЭТ 213.

Работы выполняемые НИЦ «Курчатовский институт»:

• Апробация методик измерения параметров изделий промышленности, сопровождение работ по апробации методик калибровки приемников излучения рентгеновского и ультрафиолетового диапазона спектра на канале «Метрология» Курчатовского источника синхротронного излучения.

Работы выполняемые МФТИ:

• Апробация методики измерения скорости деградации из-за эволюции фазового состава функциональных тонкопленочных структур в прототипах устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии методом рентгеновской дифракции с использованием источников СИ;
• Апробация методики измерения магнитных свойств индивидуальных слоев в функциональных тонкопленочных структурах прототипов наноустройств электроники и экологически чистых источников энергии на основе методов XAS/XMCD с использованием источников СИ;
• Разработка методики исследования изделий промышленности методом рентгеновской микроскопии в интенсивном рентгеновском пучке СИ с использованием линз из полимерных и гибридных материалов;
• Разработка методики измерений динамики фазовых переходов, происходящих в прототипах устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии методом рентгеновской дифракции с использованием источников СИ;
• Реализация образовательной программы по тематике создания и применения источников синхротронного излучения для студентов, проходящих обучение в магистратуре;
• Адаптация образовательных курсов в рамках дополнительного профессионального образования по тематике создания и применения источников синхротронного излучения в интересах научных и промышленных организаций.

В том числе за счет внебюджетных средств были выполнены следующие работы:

• Изготовление чипов с устройствами памяти для проведения измерений динамики переключения и предварительная характеризация их физических и функциональных свойств;
• Характеризация функциональных слоёв тонкоплёночных наногенераторов на гибкой подложке для тактильных датчиков с автономным питанием;
• Проведение обучения в рамках дополнительного профессионального образования представителей сторонних научных и промышленных организаций на базе разработанной учебной программы.

Работы выполняемые совместно:

• Модернизация экспериментальной станции (канал «Метрология») в части инсталляции сверхвысоковакуумной камеры для проведения калибровок и исследований на пучке СИ со спектральной фильтрацией (выполнялось ВНИИОФИ совместно с НИЦ «Курчатовский институт»).

На этапе № 3 были получены следующие результаты:

Результаты полученные МФТИ:

• Получены результаты экспериментальных исследований процессов эволюции фазового состава и структурных параметров функциональных тонкопленочных структур в прототипах устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии;
• Получены результаты экспериментальных исследований магнитных свойств индивидуальных слоев в функциональных тонкопленочных структурах на основе методов XAS/XMCD;
• Разработана технология контроля качества изделий промышленности методом рентгеновской микроскопии в интенсивном рентгеновском пучке СИ с использованием линз из полимерных и гибридных материалов;
• Получены результаты экспериментальных исследований динамики эволюции фазового состава в функциональных тонкопленочных структурах с использованием источников СИ;
• Разработана методика измерений динамики фазовых переходов, происходящих в прототипах устройств наноэлектроники и экологически чистых источников энергии;
• Изготовлены Чипы с устройствами, оптимизированные для проведения быстрых измерений;
• Получены результаты экспериментальных исследований их физических и функциональных свойств;
• Получены результаты экспериментальных исследований функциональных слоёв тонкоплёночных наногенераторов на гибкой подложке для тактильных датчиков с автономным питанием;
• Проведено повышение квалификации специалистов сторонних научных и промышленных организаций, использующих источники синхротронного излучения при исследовании изделий промышленного производства;
• Подготовлены специалисты по тематике создания и применения источников СИ из числа студентов магистратуры МФТИ и слушателей (не менее 40 чел.);
• Разработаны учебные планы, учебно-методические материалы, программы образовательных курсов по тематике применения источников СИ (не менее 2).

Результаты полученные НИЦ «Курчатовский институт»:

• Получены результаты экспериментальной оценки неопределенности калибровки и бюджета погрешностей.

Результаты полученные ВНИИОФИ:

• Получены Результаты экспериментальных исследований в области использования пучка СИ со спектральной фильтрацией для калибровки спектральной чувствительности приемников (детекторов), измерений спектрального пропускания фильтров, тестирования перспективных оптических систем и их компонент на основе новых материалов и покрытий;
• Аттестованы методики измерений;
• Получены результаты сличений;
• Разработаны варианты конструкции сверхвысоковакуумной камеры экспериментальной станции канала для проведения калибровок и исследований на пучке СИ со спектральной фильтрацией;
• Изготовлена сверхвысоковакуумная камера экспериментальной станции канала для проведения калибровок и исследований на пучке СИ со спектральной фильтрацией.

Результаты полученные ВНИИОФИ совместно с НИЦ «Курчатовский институт»:

• Создана исследовательская инфраструктура для калибровки и исследований на пучке СИ со спектральной фильтрацией.

Кроме того, во ВНИИОФИ создана Лаборатория интегральных оптических систем (ЛИОС) в составе Отделения волоконных, квантовых и интегральных оптических систем (Ф-3). Одной из задач лаборатории стали работы, связанные с вводом в эксплуатацию модернизированной экспериментальной станции (канал «Метрология») на Курчатовском источнике синхротронного излучения, а также работы по проведению исследований области использования синхротронного источника в качестве эталонного источника излучения, основанного на использовании фундаментальных физических констант, для высокоточного воспроизведения и передачи единиц спектрорадиометрии рентгеновского, УФ, видимого и ИК излучения.