В мае Институт ядерной физики СО РАН отметит двойной юбилей — 60 лет со дня основания и 100 лет со дня рождения его основателя, академика Герша Будкера. Новосибирцы привыкли гордиться своими учёными, СО РАН и Академгородком, но лишь немногие понимают, что делают за стенами институтов. Обозреватель НГС пообщался с учёными ИЯФ и попросил их простыми словами рассказать о пяти самых важных разработках института за его 60-летнюю историю. О том, зачем физикам определять возраст коньяка, когда в Новосибирске будут облучать еду радиацией и что же такое коллайдер — в материале НГС


Коллайдер

Для того чтобы исследовать элементарные частицы, нужно ускорять их и сталкивать. "Два паровоза когда сталкиваются, как меня учил Будкер на первой лекции, это помогает добраться до самых внутренних деталей паровоза - они просто разлетаются. И регистрируя эти части, ты можешь понять, как устроен паровоз", - привел пример работы коллайдера академик РАН Василий Пархомчук. Чтобы заставить провзаимодействовать электроны и позитроны, их разгоняют до очень большой энергии. При столкновении они исчезают, а вместо них рождаются новые [частицы]. Наблюдая этот процесс, ученые получают недоступную ранее информацию о строении частиц. Но главная цель - найти проявления Новой физики, то есть законов природы, которые еще неизвестны и которые могут перевернуть наше представление об окружающем мире.

Частницы разгоняют в коллайдере. В ИЯФ работает два электрон-позитронных коллайдера. Всего в мире их семь. Подобные, только большего размера, есть на границе Швейцарии и Франции, а также в ЦЕРНе - Европейской организации по ядерным исследованиям, где трудились и ияфовцы, и в других странах.

Ускорительный масс-спектрометр

Установка с таким сложным названием на самом деле выполняет интересную функцию - она позволяет определить возраст каких-либо объектов. Начиная с камней, минералов и деревьев и заканчивая произведениями искусства, останками людей, животных и даже коньяком. Единственное условие - они все должны содержать углерод. Ускорительным масс-спектрометром пользуются археологи, почвоведы, геологи, историки и даже полицейские-криминалисты. В ИЯФе на УМС анализируют около тысячи образцов в год. Например, недавно физики проанализировали образец сосны из Академгородка. Пик концентрации радиоуглерода в биосфере пришелся на кольца, которые соответствуют 60-м годам, когда в мире проводили наземные испытания ядерного оружия.

Возраст определяют по сохранившемуся углероду. "Есть кость, это была кость молодой бизонихи, мы кусочек этой кости выпилили, отнесли его на наш масс-спектрометр и начали анализировать. Оказалось, что C-14 (углерода. - К. Ш.) внутри очень мало. Это прошло 27 тысяч лет [назад]. Нашли ее здесь, под Институтом ядерной физики", - рассказал Василий Пархомчук. Перед началом исследования на УМС химики выделили из кусочка кости коллаген (белок), из которого получили углерод в графитоподобном состоянии. Именно его и поместили в барабан для анализа.

Такой способ датирования объектов археологи любят больше всего, потому что для этого нужно совсем небольшое количество исходного материала.

Ловушки для плазмы

В 50-х годах советские ученые, которые занимались исследованиями по созданию ядерного оружия, переключились на использование ядерной энергии в мирных целях. Так начались исследования в области управляемого термоядерного синтеза - синтеза тяжелых ядер из более легких. Для того чтобы запустить эту реакцию, нужно нагреть плазму (высокоионизованный газ) до 100 миллионов градусов и выше, в то же время ее плотность должна быть достаточно большой - только в этом случае КПД будет положительным. Для решения этих проблем создают экспериментальные термоядерные установки. Самый распространенный вариант - замкнутая ловушка типа токамак. Она представляет собой тороидальную - в виде бублика - камеру с магнитными катушками. Такие установки считаются наиболее перспективными, поэтому международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР, который строят сейчас во Франции, будет представлять собой именно токамак.

В Институте ядерной физики проводят исследования на другой конфигурации термоядерной установки - на открытых ловушках. Это незамкнутые системы для удержания плазмы. Идею создания таких установок впервые предложил Будкер еще в начале 60-х годов. "Сейчас разработан концептуальный проект ловушки нового поколения - она может стать прообразом термоядерной электростанции, экологически безопасной и работающей. Но это долгий еще путь: чтобы достичь этой цели, нужны экспериментальные проверки этих новых идей", - пояснил заместитель директора по научной работе Александр Бурдаков.

В России, как и в других странах, есть программы развития развития термоядерной энергетики, чтобы создать термоядерную электростанцию. Такие электростанции привлекательны, потому что не требуют ископаемого топлива, в отличие от других способов получения энергии. Но на пути к дешевой и экологичной термоядерной электростанции еще много проблем, которые и пытаются решить ученые.

Синхротронное излучение

Синхротрон - по сути, гигантский микроскоп. Он позволяет ученым наблюдать процессы, которые происходят внутри веществ, на очень маленьком, атомарном уровне. Синхротронное излучение, возникающее при движении заряженной частицы в магнитном поле по искривленной траектории, считают одним из самых востребованных приложений ускорительной техники.

Синхротронное излучение используют в разных областях науки, например в фармакологии. С его помощью химики смогли изучить молекулы висмута трикалиядицитрата - одного из самых эффективных средств против язвы желудка, и на его основе создать отечественный препарат, который скоро появится в аптеках.

В 70-х годах в мире было всего два синхротронных излучателя - в ИЯФ и в Стэндфордском университете в США, рассказал заместитель директора по научной работе Николай Мезенцев: "Сразу многие в то время исследователи потянулись сюда, к нам, - из Англии, Германии, Чехословакии, - проводили эксперименты. Мы в этом смысле были пионерами, и многие методики, которые здесь разработаны, они используются сейчас по всему миру, и все работают".

В скором времени в Академгородке могут сделать целый центр синхротронного излучения - об этом ученые попросили президента Владимира Путина, когда он приезжал в Новосибирск в феврале.

Промышленные ускорители

Одно из направлений, которым занимаются ученые ИЯФ и которое уже используют на производстве, - это промышленные ускорители. В 70-х годах Будкер поставил задачу: выйти на рынок промышленных ускорителей, которые уже существовали до этого, но были недостаточно мощные и надежные - они создавали угрозу радиационной безопасности.

Ускоритель - источник радиации, но его, в отличие от постоянных радиационных источников, можно включить и выключить, и он станет абсолютно безопасным, особенно для работы в сложных заводских условиях. Новые модели ускорителей стали применять для облучения проводов, которые после этого увеличивали срок своей службы и стали более стойки к перегревам и возгоранию. Со временем стало возможным использовать эти установки для стерилизации медицинских изделий: халатов, масок, одноразовых шприцев. "Пластиковые шприцы невозможно обеззаразить кипячением или чем-то еще. Радиационная стерилизация недостатков не имеет, потому что нет ничего чище электронов. Электроны сделали свою работу, проникли внутрь упаковки, убили все живые организмы и сами ушли. Никакой химии даже принципиально быть не может", - пояснил заведующий лабораторией Александр Брязгин.

Сейчас ученые ждут, когда законодательство полностью позволит использовать такие ускорители и для обработки пищевых продуктов: предполагается, что они исключат из состава продуктов консерванты и химические добавки и увеличат сроки хранения. Чтобы избежать возможных проблем с неграмотным применением радиации в пищевой промышленности, нужно дождаться, чтобы в технических регламентах и ГОСТах прописали все условия применения ионизирующего излучения для пищевых продуктов.

"Метод облучения пищевых продуктов мы сейчас по-другому называем, чтобы преодолеть радиофобию, - метод холодной электронной пастеризации", - отметил Брязгин. По его словам, это должно произойти ближайшие несколько лет.

Кирилл Шматков​

Похожие новости

  • 06/07/2016

    Новосибирские ядерщики построят две установки для изучения плазмы

    ​Специалисты Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН построят две исследовательские установки для изучения механизмов удержания плазмы, которые планируется использовать при создании в институте прототипа термоядерного реактора.
    793
  • 10/10/2017

    Как ученые ИЯФ СО РАН ищут новую физику

    Кому как, а мне часто хочется успеть всё и побыстрее. Например, сделать за полгода то, на что тратится несколько лет. Честно сказать — ни разу не вышло, а вот у коллайдера ВЭПП-2000, открывшего в прошлом году свой первый после модернизации сезон, — получилось.
    339
  • 27/03/2017

    Новосибирские ученые создали материал, обеспечивающий 30 лет непрерывной работы химического реактора

    Ученые из Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН и Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) создали новую технологию сплавления титана и тантала, в результате чего получили особо стойкий к коррозии и агрессивным средам материал.
    1126
  • 16/10/2017

    Пассажиров аэропорта Дели проверяет техника, разработанная учеными ИЯФ СО РАН

    Система рентгенографических сканеров Express Inspection, совместной разработкой которых занимался Новосибирский Институт ядерной физики им Г. И. Будкера СО РАН и Орловский завод «Научприбор», проходит апробацию в Индии.
    411
  • 29/12/2017

    Области человеческих деятельности, в которых Россия входит в пятёрку лучших

    ​1. Сельское хозяйство. В 2010-е гг. Россия вернула себе позицию крупнейшего сельхозэкспортёра в мире, которую она занимала ещё в начале XX века. При этом Россия занимает лишь четвёртое место в мире по площади обрабатываемых сельхозземель.
    342
  • 09/01/2018

    Ученые ИЯФ СО РАН планируют лечить рак с помощью электронной пушки

    ​Новосибирские ученые из Института ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН разработали электронную пушку. С ее помощью исследователи планируют лечить в том числе онкологические заболевания. Как сообщает сайт телеканала «Звезда», эффективность этого метода уже проверяли на животных.
    275
  • 15/12/2016

    Директор ИЯФ СО РАН Павел Логачёв об ответственности академика, коллайдерах и Нобелевских премиях

    Для доктора физико-математических наук Павла Логачёва последние два года отмечены важными вехами в карьере. В 2015 году он стал третьим по счёту после Герша Будкера и Александра Скринского директором Института ядерной физики СО РАН — крупнейшего академического института России.
    2814
  • 15/12/2015

    Физики НГУ будут изучать процессы с участием самых легких мезонов

    ​НГУ и Институт ядерной физики СО РАН присоединились к эксперименту KLOE-2 по изучению "легчайших из тяжелых" - сильно взаимодействующих элементарных частиц каонов и пионов, которые относятся к классу мезонов.
    1471
  • 05/03/2018

    Новосибирские физики построят маленький коллайдер для синтеза экзотических атомов

    ​Ученые новосибирского Института ядерной физики Сибирского отделения РАН планируют построить к 2021 году маленький коллайдер, который будет использоваться в том числе для синтеза экзотических атомов, сообщил ТАСС в пятницу замдиректора института по научной работе Евгений Левичев.
    259
  • 14/05/2018

    Гениальный фантазер академик Будкер

    ​Столетний юбилей - традиционный предлог для воспоминаний и славословий. Впрочем, Андрей Михайлович (Герш Ицкович) Будкер не нуждался в таких поводах. Автор идеи встречных пучков, на которых работают ускорители всего мира, метода электронного охлаждения, классической открытой магнитной ловушки для удержания плазмы - это все о нем.
    96