Бесперебойная работа систем теплоснабжения и холодоснабжения — один из ключевых факторов, необходимых для запуска и устойчивого функционирования ускорительно-накопительного комплекса ЦКП «СКИФ». Когда источник синхротронного излучения действует, то выделяет большое количество тепла — порядка 4 МВт. Если не «снимать» это тепло с оборудования, оно перегреется и выйдет из строя за короткое время.
Для обеспечения теплом и холодом всей территории СКИФ построено отдельное специализированное здание — корпус инженерного обеспечения (КИО) площадью 2,7 тыс. кв. м, включающее в себя центральный тепловой пункт (ЦТП) и центральный холодильный пункт (ЦХП) с дополнительной открытой площадкой для размещения оборудования. КИО — это единый инженерный комплекс, предназначенный для круглогодичного обеспечения всех объектов ЦКП «СКИФ» тепловой энергией, горячей водой и холодом — необходимых условий для работы систем охлаждения, систем термостабилизации и кондиционирования.
Системы теплоснабжения
Источником тепловой энергии для Центрального теплового пункта является газовая котельная «Вектор», расположенная в границах наукограда Кольцово. Оборудование ЦТП обеспечивает тепловой энергией и горячей водой весь комплекс СКИФ.
В целом система теплоснабжения включает в себя Центральный тепловой пункт, 22 индивидуальных тепловых пункта и сеть из распределительных трубопроводов. Каждый ИТП распределяет теплоноситель на системы отопления зданий, системы вентиляции и кондиционирования.
Из ЦТП теплоснабжение объекта осуществляется по двум схемам, первая — для объектов ускорительно-накопительного комплекса, вторая — для остальных потребителей Центра. Для повышения энергоэффективности системы, предусмотрена независимая схема присоединения, которая позволяет повторно использовать то тепло, которое выделяется при работе оборудования ускорительно-накопительного комплекса. В процессе работы источник синхротронного излучения выделяет большое количество тепла — порядка 4 МВт, это тепло отводит система охлаждения, после чего путем рекуперации возвращает его в систему теплоснабжения.
Дополнительно в качестве резервного источника предусмотрен электрокотел мощностью 750 кВт, который обеспечит минимальные условия жизнеобеспечения оборудования при возникновении любой нештатной ситуации.
Для обеспечения комплекса горячим водоснабжением в КИО установлены пять бойлеров комбинированного типа, которые в отопительный период нагревают воду за счет использования тепловой энергии, в межотопительный период — за счет использования электроэнергии. Данная схема позволяет устойчиво обеспечить весь комплекс горячим водоснабжением в течении всего года. В настоящий момент оборудование работает в тестовом режиме, его мощности хватает для обеспечения работы с пучком в инжекционном комплексе (линейный ускоритель, бустерный синхротрон). Проектная мощность ЦТП и ЦХП КИО будет вводиться в работу поэтапно в зависимости от роста проектной нагрузки СКИФ.
Системы охлаждения
Система холодоснабжения ЦКП «СКИФ» включает в себя Центральный холодильный пункт, расположенный в корпусе инженерного обеспечения, и систему из 16 индивидуальных холодильных пунктов (ИХП), расположенных в зданиях комплекса. Каждый ИХП распределяет холодоноситель по объектам — системам охлаждения ускорительного комплекса, системам вентиляции и кондиционирования офисных и производственных помещений, исследовательских лабораторий и оборудования центра обработки данных (ЦОД).
Центральный холодильный пункт представляет собой комплекс оборудования: пять холодильных машин (чиллеров), девять градирен — охлаждающих установок, размещенных на улице, три группы насосных установок и система трубопроводов. Общая мощность ЦХП КИО — 11,6 МВт холода. Такой мощности хватило бы, чтобы охладить пять ледовых дворцов масштаба «Сибирь-Арена».
«Для устойчивой работы системы холодоснабжения всех потребителей ЦКП«СКИФ», предусматривается одновременная работа трех контуров (трубопроводов) с отдельными насосными установками. Первый основной контур — это контур холодоносителя, в качестве которого используется водопроводная вода, охлажденная до 7 градусов Цельсия и циркулирующая по всей площадке СКИФ, попадая в каждое здание. Второй контур предусмотрен для тепломассообмена между чиллерами и градирнями. В качестве агента используется антифриз. Третий контур работает только в летний период и используется для дополнительного охлаждения теплообменных поверхностей градирен, путем орошения водопроводной водой, прошедшей дополнительную очистку», — рассказывает главный инженер ЦКП «СКИФ» Владимир Шпан.
Таким образом, чиллеры охлаждают воду, которая собирает избыточное тепло со всех ИХП, нагретая вода возвращается в чиллеры для повторного охлаждения.
Антифриз, циркулирующий между чиллерами и градирнями, забирает тепло у нагретой воды и отводит его в атмосферу на градирнях. Охлажденный антифриз из градирен возвращается в чиллеры, и технология повторяется.
Для охлаждения оборудования ускорительно-накопительного комплекса, находящегося под высоким напряжением, в качестве холодоносителя используется специально подготовленная вода, прошедшая стадию очень глубокой очистки, так называемая деионизированная вода, из которой удалены все ионы примесей (растворенные соли). После такой очистки вода становится химически чистой и токоизолированной средой. Предусмотрено пять станций приготовления деионизированной воды: в корпусе стендов и испытаний, в инжекторе, в стоящих отдельно зданиях станций и в здании накопителя. Деионизированная вода циркулирует по специальным трубам из нержавеющей стали.
Интегратором создания станции выступает Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН.
Ключевые методики, которые будут использоваться на станции 1-5 ЦКП, — рентгеновская микроскопия и томография. Приложения этих методик, в особенности биомедицинские, требуют использование широких монохроматических пучков СИ с высоким потоком фотонов. Типичное устройство для формирования таких пучков — двухкристальный монохроматор в геометрии Лауэ с меридиональным и/или сагиттальным изгибом.
Монохроматор предназначен для выделения узкого спектрального диапазона из «белого» пучка синхротронного излучения с энергий фотонов 30 - 150 кэВ, приходящего из источника — вигглера, имеющего высокую полную мощность пучка СИ (до 40 кВт). Для этого в монохроматоре реализована довольно сложная система охлаждения кристаллов. Изгиб кристаллов позволяет производить фокусировку пучков СИ в горизонтальном или вертикальном направлении.
Высокоэнергетическое излучение и протяженность оптической системы (33 м до источника и 82 м до образца) предъявляют серьезные требования к системе позиционирования кристаллов. Точность установки по углу должны быть не хуже 0,1 угловой секунды, а изгиб кристаллов регулируется с шагом 10 нм. И все манипуляции с кристаллами должны происходить в условиях высокого вакуума.
Монохроматор успешно прошел предварительные испытания, теперь его готовят к доставке и монтажу на площадке ЦКП «СКИФ».