30/03/2018

Почему мегапроекты в ядерных исследованиях невозможны без России?

132

РАН ФАНО СО РАН Интервью Физика Аналитика

Глава НИЦ "Курчатовский институт" Михаил Ковальчук, директор ИФВЭ НИЦ КИ Сергей Иванов и научный руководитель этого Института Николай Тюрин побеседовали об элементарных частицах, международной коллаборации ученых и возрождении отечественной меганауки.

Михаил Ковальчук: Меганаука - это знание о природе, которое мы получаем с помощью больших, сложных установок стоимостью сотни миллионов, а порой и миллиарды долларов. Раньше такие комплексы требовались сравнительно небольшому количеству ученых. До 80% выделяемых на исследования денег уходили на создание сложной и дорогой инфраструктуры, которая обслуживала лишь около 15% научных сотрудников, в основном ведущих исследования в области физики атомного ядра и элементарных частиц.

Но сегодня ситуация радикально изменилась: эти большие мегаустановки стали необходимы практически всему научному сообществу. Наряду с физиками, в них теперь нуждаются биологи, химики, геологи, материаловеды. Даже исследования предметов культурного наследия сейчас часто выполняют с помощью таких комплексов. Именно с их помощью получаются уникальные результаты, которые невозможно получить с помощью обычных установок. Само по себе создание подобных систем - - уже прорыв, в них концентрируются технологические достижения сегодняшнего, и даже завтрашнего, дня. Россия - одна из тех немногих стран, где такие сложные установки умели создавать еще во времена Курчатова. И до сегодняшнего дня у нас сохранилась одна из лучших в мире школ ускорительной техники.

Как раз об этом говорил президент Путин на встрече с научным сообществом в Новосибирске, где скоро начнет строиться синхротронный центр. Другой суперсовременный синхротрон четвертого поколения, которого до сих пор нет нигде в мире, будет создан на базе нашего института в подмосковном городе Протвино.

Николай Тюрин: Наша отечественная мегаустановка - протонный синхротрон У-70 - позволяет ускорять частицы до энергии 70 ГэВ (Гигаэлектронвольт). Это был крупнейший научный проект СССР, если не считать космического. По техническим характеристикам У-70 являлся самым мощным в мире. В его создании участвовали огромное число советских предприятий и организаций. В итоге по своим параметрам и возможностям решения исследовательских задач У-70 оказался самым передовым и мощным научным комплексом того времени. Это немедленно было понято и оценено на Западе. Тут же пошли запросы и предложения от зарубежных научных организаций по участию западных ученых в экспериментах на этом синхротроне. Ведь в Европейской организации ядерных исследований и в США в то время самая мощная установка была на энергию 29 ГэВ, а наш ускоритель - 70 ГэВ!

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне сыграл важную роль в становлении нашего института. В начале пути он поделился с нами своими кадрами, а затем создал ряд экспериментальных установок для проведения исследований на выведенных пучках высоких энергий.

Ускорительный комплекс У-70 создавался с огромным энтузиазмом и был запущен в 1967 году, как раз к 50-летию советской власти. Тогда было принято отмечать знаменательные даты яркими событиями и достижениями.

Сергей Иванов: Мы в то время подчинялись Министерству среднего машиностроения - более чем серьезному ведомству, которое не прощало любой ошибки нижестоящим организациям. Оно непрерывно следило за ходом работ и контролировало самые мельчайшие детали. После запуска У-70 в первых же экспериментах на этой установке немедленно было сделано более десятка крупных научных открытий. Во всем мире такой машины не существовало еще пять лет.

Только в 1972 году ускоритель на 200 ГэВ построили в США, а в 1976 году машину на 400 ГэВ запустил ЦЕРН (Европейская организация по ядерным исследованиям. - "Известия"). Он продолжает ее интенсивно эксплуатировать по сей день, хотя и построил Большой адронный коллайдер десять лет назад.

М. К.: А почему у ученых, работающих на У-70, возникла мысль о создании УНК (ускорительно-накопительного комплекса) - "советского коллайдера"? Когда она родилась и как?

С. И.: Нормальный путь развития любого ускорительного центра - эволюционный. Строится первое кольцо, нарабатывается опыт, потом наращивается следующее, еще одно... Именно так, постепенно, ЦЕРН пришла к Большому адронному коллайдеру. И мы тоже долгое время шли аналогичным путем. В 1983 году началось строительство кольца длиной 21 км - протон-протонного коллайдера на сверхпроводящих магнитах. Он должен был разгонять частицы до близких к возможностям Большого адронного коллайдера 3000 ГэВ, используя У-70 в качестве инжектора, то есть для предварительного разгона пучков частиц.

И вот к 1990-м годам УНК был уже практически готов. Но время было такое, что стройку пришлось заморозить.

М. К.: Сейчас идея коллайдера на базе УНК уже похоронена?

Н. Т.: Время этого проекта ушло. Длина тоннеля в ЦЕРН - 27 км, а у нас - 21. Даже если мы удержимся на самом передовом уровне по параметрам магнитов, то все равно не вырвемся вперед. С проектом, который был задуман изначально, мы не станем первыми. Уже двадцать лет как проект заморожен, и если думать о возрождении, то надо кардинально пересматривать его суть.

С. И.: Крупная научная установка - такая, как большой ускоритель элементарных частиц, - это индикатор состояния здоровья экономики, технологии и политической воли. Все страны, к которым сегодня применяют клише "вышли на путь устойчивого технологического развития", - Юго-Восточная Азия, например, - непрерывно строят у себя ускорители всех классов один за другим.

М. К.: Могут ли российские ученые в ЦЕРН выполнять все те исследования, которые сейчас идут в Протвино?

Н. Т.: Нет. Мы ведем фундаментальные эксперименты по направлениям, где энергии и другие параметры нашего научного комплекса позволяют получать результаты мирового уровня. В частности, это изучение редких процессов и новых состояний материи. На У-70 также выполняются и актуальные прикладные материаловедческие эксперименты.

С. И.: Есть задачи в диапазоне сравнительно небольших энергий, для которых невыгодно и бессмысленно использовать очень мощные ускорители.

М. К.: Если бы СССР не распался, мы были буквально на шаг от того, чтобы запустить у себя большой коллайдер первыми в мире. Но последний шаг к рекорду, увы, сделать не успели. Пальму первенства мы тогда отдали ЦЕРН...

Зато сегодня руководство нашей страны уделяет особое внимание научным мегапроектам. Это локомотивы науки и технологий, они "тянут" за собой огромное количество направлений высокотехнологичной индустрии, создают научные школы и выращивают кадры для них. Например, на базе установок, применяемых в физике элементарных частиц, сейчас активно развивается ядерная медицина, создаются новые методы диагностики и терапии.

С. И.: Причем хорошие идеи попадают на развитую структуру с минимальными инвестиционными затратами. Например, мы у себя на ускорителе реализовали идею так называемой протонографии: пучок протонов позволяет просвечивать очень плотные объекты и изучать их внутреннюю структуру. Оказалось, что пучок с энергией 50 ГэВ на нашем ускорителе идеально подходит для реализации этого метода. За три года мы построили полномасштабную установку для таких исследований на имеющейся базе.

М. К.: Есть еще протонная терапия, когда частицами-протонами можно ликвидировать ненужные образования в человеческом организме. Этим много занимались на нашей площадке в Гатчине, в Петербургском институте ядерной физики. Были достигнуты большие успехи в адронной терапии вместе с Научным центром радиологии и хирургических технологий имени Гранова в Северной столице.

Н. Т.: В нашем институте также развивается проект в области лучевой терапии с использованием пучка ионов углерода. Ускоритель создавался для всей страны и до сих пор остается "научной меккой". К нам едут зарубежные физики работать на 70 ГэВ ускорителе, где активно ведутся методические и научные исследования. На ускорителе работают ученые из многих институтов - из ОИЯИ, МГУ, ИЯИ РАН и других.

С. И.: Когда люди работают на домашней экспериментальной базе, они совсем по-другому воспринимаются и в составе международных коллабораций. Их возможности на родине позволяют и на Западе чувствовать себя на равных. В той же ЦЕРН, например, нас всегда приглашают участвовать во всех важных экспериментах.

С. И.: Уверенное вхождение нашей страны в ЦЕРН в основном обусловлено теми связями, которые сложились в ходе совместной работы на У-70. Крупнейшие физики мира вместе росли в Протвино.

М. К.: Да, у нас сохраняются давние и глубокие традиции в физике высоких энергий, элементарных частиц и атомного ядра. Передовые исследования в этих областях когда-то были развернуты для развития атомного проекта. И этими уникальными возможностями мы располагаем до сих пор. Существенная их доля сосредоточена сегодня под крышей Курчатовского института, другая немалая часть - в научных учреждениях Академии наук под эгидой ФАНО. Институт физики высоких энергий, Институт ядерной физики Сибирского отделения РАН, Институт ядерных исследований в Троицке... У нас сохраняется всемирно известная школа. Она дала толчок развитию мегапроектов и в Европе, когда наши ученые вышли на мировой научный рынок. Именно с их помощью получаются результаты, так сказать, на острие ножа, уникальные, которые невозможно получить с помощью стандартных приборов. Создание этих мегаустановок само по себе уже прорыв, они - концентрация всех самых мощных технологических достижений и сегодняшнего, и даже завтрашнего, дня. Сегодня мы стали неотъемлемой частью мирового научного ландшафта., крупнейших мегапроектов: ЦЕРН, ИТЭРа, Европейского центра синхротронного излучения в Гренобле, Лазера на свободных электронах в Гамбурге. Во всех этих проектах мы равноправно участвуем интеллектуально, технологически, финансово.

Но сегодня мы снова развиваем мегаустановки на своей территории. Для приоритетного развития отобраны несколько проектов, которые идут полным ходом: нейтронный реактор ПИК в Гатчине, тяжелоионный ускоритель NICA в Дубне, токамак с сильным полем "Игнитор" на площадке "Росатома" в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований... Наконец, синхротрон четвертого поколения - сложнейшая комплексная установка, которую мы планируем создать в Протвино. Думаю, мы сейчас располагаем всем необходимым для того, чтобы эти проекты на территории нашей страны смогли быстро воплотиться в жизнь и привлечь множество ученых - как российских, так и со всего мира.