Увидеть свои идеи реализованными - счастье, выпадающее далеко не всем ученым. В 1965 году академик Андрей Будкер открыл метод электронного охлаждения: первая публикация появилась в журнале "Атомная энергия". В 1973 году в ИЯФ была сконструирована первая в мире установка для изучения электронного охлаждения ионов - НАП-М. В мае 1974 года были начаты первые эксперименты по электронному охлаждению. Тогдашний директор Фермилаб (Национальная ускорительная лаборатория им. Энрико Ферми, США) Р.Р.Вильсон написал А.М.Будкеру: "Если ваши предварительные результаты подтвердятся, это станет одним из наиболее существенных достижений в ускорительной технике". Так и произошло: предложенный Андреем Михайловичем метод оказался прекрасным инструментом для решения многих задач физики элементарных частиц. И сегодня в крупнейших ускорительных центрах мира работают установки электронного охлаждения, 80% которых изготовлены в Институте ядерной физики

О становлении этого направления в СО РАН вспоминает руководитель работ по данной тематике академик Василий ПАРХОМЧУК.

- Когда была опубликована первая статья Будкера об электронном охлаждении, я учился на физфаке Новосибирского государственного университета, работал на практике в ИЯФ. Правда, занимался другой темой - искровыми счетчиками регистрации частиц. Работа затягивалась, а мне по молодости хотелось более быстрых результатов. И я собрался переехать в Иркутск, где в Институте солнечно-земной физики строились мощные телескопы, следовательно, можно было реализовать детскую мечту - изучать звездное небо. К счастью, супруга моя, тоже работавшая в ИЯФ, предупредила Андрея Михайловича, у которого я был аспирантом, о моих замыслах. Он вызвал меня и в свойственной ему доходчивой манере поинтересовался, неужели мне в институте делать нечего? Предложил перейти в только что организованную лабораторию Николая Сергеевича Диканского и заняться электронным охлаждением. 

Почти случайный успех

На первом этапе мы вместе с Рустамом Салимовым на стенде "Прямая эпоха" измеряли параметры электронных пучков, используемых в охлаждении. Поскольку возникает электронная ионизация, электрическое поле нельзя просто предсказать. И первая моя задумка была измерить заряд электронного пучка, распространяемого в вакууме, с помощью старого доброго метода, применявшегося еще в XVIII веке, - шарика, подвешенного на нитке. Я решил проверить, будет шарик притягиваться к электронному пучку или отталкиваться от него. Соорудил установку - трубу в вакууме - подключил микроскоп. К сожалению, этот красивый эксперимент полностью провалился: как только воздух из установки откачали, маятник - без трения о воздух - начал сильно колебаться. Пришлось искать другие способы измерения. Эксперимент тем и интересен, что результат заранее просчитать нельзя: надо его сделать и посмотреть, что получается, чтобы потом исправить недочеты. Первые опыты с электронным охлаждением шли трудно: включение электронного пучка быстро убивало протонный, который мы, вообще-то, собирались охлаждать. Я тогда был аспирантом, и по нынешним требованиям меня бы уже отчислили - много месяцев настраиваем установку, что-то измеряем, но ни результатов, ни, соответственно, публикаций. Тогдашний ученый секретарь ИЯФ Станислав Попов отнесся с пониманием, успокоил: сумеете реализовать метод - будут и публикации, и диссертация. И это - верный подход: нельзя требовать от аспиранта первого года хороших статей, на которые еще и ссылаются. 

После двух лет работы выяснилось, что причина наших неудач - в заряде электронного пучка. Чтобы улучшить вакуум, мы ставили насосы прямо вокруг пучка, они создавали очень горячие атомы, пучок заряжался до слишком большого напряжения. Случайно выключив эти насосы, мы вдруг увидели электронное охлаждение. В эксперименте был мешающий эффект. На суть охлаждения он никак не влиял, но, если бы не упорство в проведении опытов, мы бы прошли мимо результата. Помню, момент был потрясающий: увидеть, как пучок действительно охлаждается! Первые доклады о реализации метода были сделаны в 1976 году на "ускорительной" конференции в Протвино. В ней участвовали американцы, которые, послушав наш доклад, не поленились приехать в ИЯФ, чтобы увидеть все своими глазами. 

Диссертация моя называлась "Первые эксперименты по электронному охлаждению", А.М.Будкер был председателем диссертационной комиссии. Как он был счастлив увидеть свою идею воплощенной! Сохранилась фотография, запечатлевшая этот момент. Проекторов тогда еще не было, формулы я писал мелом на доске. И Андрей Михайлович, хоть и должен был по правилам защиты молчать, все время меня перебивал, считая, что я излагаю недостаточно ярко, и сам пускался в объяснения. 

Затем мы стали тщательно исследовать явление электронного охлаждения. Здесь тоже было много неожиданностей. Увидели, что сильное магнитное поле сжимает электронный пучок, помогая увеличить эффективность охлаждения. Продолжаем эксперименты, начинаем измерять - температура идет не вниз, как должна бы, а вверх. Долго обсуждали этот шокирующий эффект, наконец, А.Н.Скринский и Я.С.Дербенев написали теоретическую работу, объяснив неожиданное явление тем, что магнитное поле превращает электроны в крутящиеся ларморовские кружочки, имеющие очень маленькую температуру. И стало ясно, куда двигаться дальше. Со временем природу электронного охлаждения мы стали понимать лучше всех в мире.

Как продать "кулер"

Неудивительно, что после наступления "экономической революции" 1990-х, когда денег совсем не хватало, мы решили заработать на этом знании. Первую установку электронного охлаждения ИЯФ построил в 1996 году для немецкого Центра по изучению тяжелых ионов имени Гельмгольца (GSI) в Дармштадте. Надо сказать, мы от мирового научного сообщества ничего не скрывали про электронное охлаждение. Каждый институт мог и сам построить такую установку, что немцы и попытались сделать. Руководитель работ по электронному охлаждению в GSI Маркус Штек несколько месяцев работал в ИЯФ, изучал наши результаты, потом вернулся в Германию, построил свою установку, но работала она гораздо хуже, поэтому они обратились к нам. Запуск установки в Германии продолжался около года. Мне пришлось даже сдать экзамен на управление грузоподъемником, так как по немецким правилам требовалось, чтобы крановщик говорил на одном языке с бригадой, а других желающих "порулить" 50-тонным краном с электронным управлением не нашлось. Заработав, наш "кулер" повысил токи в действующем синхротроне тяжелых ионов в десятки раз. Несколько лет назад, посещая конференцию в Германии, я убедился, что установка работает. И даже ощутил причастность к процессу научного прогресса. Сейчас с помощью нашей установки электронного охлаждения накапливают пучки рутения (кстати, Рутения - латинское название России). Рутений - редкий платиноид. Этот элемент открыл в 1844 году профессор Казанского университета немец Карл Клаус, выделив его из найденной им на Урале платиновой руды. Кроем того, рутений выделяется из осколков деления ядерных материалов (например, при работе ядерных реакторов).

Следующим этапом стало сотрудничество с Китаем: когда я был на конференции в Южной Корее, директор китайского института спросил, не возьмемся ли мы за изготовление целого комплекса для научного центра в Ланьчжоу - два "кулера", инжектор и экспериментальное кольцо. Надо сказать, что после командировки 2001 года Ланьчжоу остался у меня в памяти грязным азиатским городом с жаровнями и уличной торговлей. Приехав в 2005-м году монтировать установку, я его не узнал: европейского вида улицы, небоскребы, подстриженные газоны. В Ланьчжоу построили огромный зал для ускорителя, посреди которого стоял наш "кулер", накрытый пластиковой палаткой. Перед отправкой мы его смазали машинным маслом, чтобы не ржавел, а работать пришлось в верхней одежде, поскольку помещение не отапливалось. Так что уехал я в Китай в новом пальто, а вернулся похожим на работника депо - в машинном масле. Правда, за изготовление и монтаж установки был награжден орденом Китайской народной республики. Теперь Ланьчжоу стал крупнейшим международным центром по изучению ядерной физики высоких энергий. Сейчас ведем переговоры с китайцами насчет следующего проекта - они создают мощный центр ионных исследований на юге страны, в Гуанчжоу. Правда, пока думают, что построят установки электронного охлаждения самостоятельно. Но поживем - увидим.

Крупный контракт мы выполнили для ЦЕРН. В Большом адронном коллайдере сталкивались не только протоны, но и ионы. Получать их достаточно трудно, в процессе ионизации происходит нагрев до немыслимо высоких температур, из-за чего ионы теряют много электронов, ионный пучок нагревается и становится рыхлым, поэтому его надо охладить. Такую задачу мы и решали: как сжать ионный пучок после прохождения ионизационной мишени до разумного предела, чтобы его дальше можно было ускорять. До того в ЦЕРН была самодельная установка, но класс нашей оказался заметно выше. Установка проработала уже больше 10 лет и еще 20 будет работать. Меня даже иногда упрекают, что делать такие надежные установки невыгодно.

Потом к нам обращались американцы, но они поступили хитро: пригласили к себе на работу наших сотрудников и фактически нашими руками построили установку электронного охлаждения.

Стране на благо

Может быть, отъезд ученых за рубеж и способствует циркуляции научной мысли, но я, честно говоря, предпочитаю, чтобы мои ученики работали в России. И, наконец, сбылась моя мечта: делаем российский заказ! Ускоритель NICA в Дубне - первый российский проект, в котором используются две установки электронного охлаждения. Один "кулер" мы уже изготовили и смонтировали, второй должны отправить в Дубну в 2021 году, он находится в производстве. 

Моя работа - наглядная демонстрация философской идеи о том, как мысль превращается в железо, а труд поднимает экономику страны. Сначала меня содержало советское государство: платило аспирантскую стипендию, выделяло деньги на опытные установки. Теперь, работая по контрактам, даже налогов наш институт платит в казну больше, чем составляет бюджетное финансирование. Такое вот эффективное вложение средств. И потому именно ИЯФ является настоящим институтом развития.

 Записала Ольга КОЛЕСОВА

Похожие новости

  • 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.
    2917
  • 02/04/2018

    Высокая энергия науки: юбилеи в ИЯФ СО РАН

    ​​В мае ИЯФ СО РАН отмечает два юбилея: 60 лет с момента создания и 100 – со дня рождения его основателя и первого директора Герша Ицковича Будкера. Институт ядерной физики Сибирского отделения РАН создан по Постановлению Совета Министров СССР в мае 1958 года на базе Лаборатории новых методов ускорения Института атомной энергии.
    223
  • 23/10/2017

    Приборы и технологии ИЯФ СО РАН под землей и в космосе

    ​Может ли хорошее финансирование способствовать развитию научного потенциала института? Вопрос, конечно, риторический. Практика показывает: комплексный подход помогает не только продвинуться в исследованиях, но и повысить эффективность работы всей организации, в том числе ликвидировать существующие дисбалансы.
    488
  • 05/05/2016

    Сибирские ученые - победители конкурса 2016 года по государственной поддержке ведущих научных школ

    ​Совет по грантам Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых и по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации отметил сибирских ученых. Математика и механика.
    2117
  • 28/04/2018

    Внутренний огонь физика Будкера: 100 лет со дня рождения основателя Института ядерной физики СО РАН

    ​​1 мая исполняется 100 лет со дня рождения основателя Института ядерной физики Сибирского отделения РАН Андрея Будкера. Андрей Будкер - крупный теоретик, "релятивистский инженер", пионер коллайдеров на встречных пучках заряженных частиц.
    354
  • 10/10/2017

    Молодежная конференция «Оптические и информационные технологии» прошла в новосибирском Академгородке

    ​​​Традиционная молодёжная конкурс-конференция «Оптические и информационные технологии» прошла с 25 по 27 сентября 2017 года в новосибирском Академгородке. Её организовали совместно Институт автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН и Новосибирский государственный университет (НГУ) (при финансовой поддержке Российского научного фонда).
    725
  • 07/06/2016

    Академик Александр Асеев: что мешает движению нашей науки

    На днях в Новосибирске откроется Международный форум технологического развития “Технопром-2016”. Среди основных вопросов - новые горизонты развития российской науки и реализация ее разработок в российской промышленности.
    1630
  • 30/01/2018

    Глиобластому головного мозга учатся лечить в Новосибирске

    ​Глиобластому головного мозга - диагноз, стоивший жизни Дмитрию Хворостовскому и Михаилу Задорнову - учатся лечить в Новосибирске. Ученые ИЯФ СО РАН создали компактную установку, обеспечивающую такой поток надтепловых нейтронов, который достаточен для лечения пациентов методом бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ).
    668
  • 15/01/2016

    Александру Николаевичу Скринскому - 80 лет

    ​Сегодня исполняется 80 лет выдающемуся ученому-физику академику Александру Николаевичу Скринскому, научному руководителю Института ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН. С именем А.
    1154
  • 23/03/2017

    Академик Александр Асеев предложил РАН статус госкорпорации

    ​​В Москве состоялось Общее собрание СО РАН, которое должно было стать выборным, однако в связи с событиями в Российской академии наук повестка была изменена. Высший орган Сибирского отделения одобрил отчет председателя Сибирского отделения академика Александра Леонидовича Асеева за истекшие три года и продлил до осени его полномочия, а также мандат президиума СО РАН.
    1061