Эксплуатация самого мощного в мире рентгеновского лазера, Европейского лазера на свободных электронах XFEL, начинается в Германии 1 сентября. О том, какой определяющий вклад вносят отечественные специалисты в создание этой и других научных мегаустановок, позволяющих совершать прорывные открытия, как наука выступает в качестве инструмента международной дипломатии и где в России будет создана новая мекка для физиков всего мира, РИА Новости рассказал президент Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" Михаил Ковальчук. Беседовал специальный корреспондент Владимир Сычев.

 

— Михаил Валентинович, начало эксплуатации установки XFEL уже называют одним из важнейших в мировой науке последних лет. На торжественную церемонию приедут представительные делегации, в том числе из России. Почему к этому мероприятию проявлено такое большое внимание? Какие уникальные возможности для науки даст новая супермашина?

— Это поистине эпохальное событие, и вот почему. Давайте вспомним историю науки — первая Нобелевская премия в 1901 была присуждена немецкому физику Вильгельму Конраду Рентгену, который открыл неизвестные до того лучи, названные им X-лучами. Они затем в его честь были названы рентгеновскими. На мой взгляд, именно открытие рентгеновских лучей оказало решающее влияние на изучение строения материи. Тем самым, во-первых, были заложены основы современного физического материаловедения, с помощью которого можно исследовать строение вещества на уровне отдельных атомов. Вся современная молекулярная биология возникла в 1950-60-х годах благодаря революционным результатам изучения с помощью рентгеновской кристаллографии устройства кирпичиков жизни — молекул нуклеиновых кислот и белков. Именно тогда стало понятно, как в живой клетке хранится и реализуется генетическая информация.

Теперь перебросим мостик из того времени в сегодняшний день. Чтобы создать новое лекарство, ученым надо знать трехмерную структуру молекулы, на которую будет действовать новый препарат. А потом, зная до деталей расположение атомов в такой целевой молекуле, специалисты подбирают химические или биологические агенты, которые блокируют или, наоборот, стимулируют ее работу. И вот такая расшифровка структуры белков в современной науке идет с помощью мощных источников рентгеновского излучения — синхротронов, как, например, в Курчатовском институте.

 

© РИА Новости / Григорий Сысоев        Чистая зона в Курчатовском центре синхротронных исследований

Но и на этом мысль ученых не остановилась — оказалось возможным создать еще более интенсивное излучение, с помощью которого можно наблюдать даже движения атомов, фиксируя их расположение с колоссальной точностью.

Представьте себе, что мы берем природный кристалл, который когда-то возник в результате химических реакций в природе. Мы знаем, что, например, у кристалла кварца есть такая особенность — когда мы его растягиваем или сжимаем, возникают электрические заряды. И, наоборот, под действием электрического поля кристаллы кварца деформируются. Это то, что называется пьезоэлектрическим эффектом. Если мы подсмотрим, как идут химические реакции, которые определили положение атомов в кристалле кварца, а значит, и его уникальные свойства, и затем воспроизведем их, то мы выведем технологии на принципиально новый уровень — природоподобия.

На синхротроне мы этого не можем сделать — он позволяет только определить положение атомов в пространстве. Но мы не можем увидеть сами атомарные процессы, потому что временное разрешение синхротроного излучения — это масштаб пикосекунд (десять в минус двенадцатой степени секунд), а атомарные процессы — масштаб в тысячу раз меньше, это уже фемтоскунды (десять в минус пятнадцатой степени секунд). Поэтому надо было создать такую установку, которая обладала бы не только гораздо большей интенсивностью излучения или, как говорят физики, яркостью, но и обеспечивала бы фемтосекундное временное разрешение. Вот тогда мы увидим и поймем, как природа из первичного атомарного хаоса создавала все материалы, из которых состоит окружающий нас мир.

Именно такую возможность выхода науки и технологий на абсолютно новый уровень природоподобия и дает Европейский лазер на свободных электронах XFEL (X-ray free-electron laser). Это уникальный комплекс для исследований прежде всего в нано- и биотехнологиях. С помощью сверъхярких и сверхкоротких импульсов рентгеновского излучения ученые смогут буквально увидеть процессы, происходящие в наномире. Это позволит выйти на новый уровень в исследованиях в области физики, химии, материаловедения, наук о жизни, биомедицине.

Но эпохальность нынешнего события еще и в том, что Российская Федерация впервые стала не просто полноправным, полномасштабным участником большого международного научного проекта на всех уровнях, но заняла в нем, по сути, лидирующую позицию.

 

— А в чем именно заключается лидерство нашей страны?

— Начнем с того, что в основе прибора лежат идеи, высказанные советскими, российскими физиками. Таким образом, мы являемся интеллектуальными донорами проекта XFEL, создателями интеллектуальной собственности. А основу развития проекта заложила статья новосибирских ученых, опубликованная еще в 1980 году.

Второй аспект — мы участвуем в проекте XFEL человеческими ресурсами, там работают сотни наших специалистов. У Курчатовского института уникальный опыт строительства своих мегаустановок и работы в области рентгеновского, синхротронного и нейтронного излучений. Поэтому неслучайно, что по распоряжению правительства Курчатовский институт курирует научное участие России в проекте. Помимо этого, мы являемся его технологическими участниками, внося натуральный вклад, по-английски in-kind contribution, поставляя готовые технологические решения, узлы, приборы. И наконец, что очень важно, — впервые в таком масштабе мы выступаем полноправными финансовыми участниками международного научного мегапроекта.

Проект XFEL разрабатывался при участии 300 институтов из 36 стран. Российские участники — это Курчатовский институт (Москва, Протвино, Санкт-Петербург), Институт ядерных исследований РАН (Москва), Институт кристаллографии РАН (Москва), Институт ядерной физики имени Будкера Сибирского отделения РАН (Новосибирск), Физико-технический институт имени Иоффе РАН (Санкт-Петербург), предприятие Росатома НИИЭФА имени Ефремова (Санкт-Петербург), Объединенный институт ядерных исследований (Дубна), вузы — МИФИ, МФТИ, МГУ и другие организации.

Главный ресурс лазера на свободных электронах — пучковое время — будет использоваться с учетом вклада каждой страны в ее создание. Доля участия России — вторая по значимости после Германии. Российские ученые — вторые после германских коллег по числу научных сотрудников в штате XFEL. Также мы входим в тройку лидеров по числу заявок на первые эксперименты на пучке. Наши исследования на XFEL в значительной степени идут в рамках национальной программы, подготовленной под научным руководством Курчатовского института.

XFEL — это установка, в создании которой участвовало 12 европейских государств. Так вот, из 1,2 миллиарда евро — такова стоимость проекта — половина покрывалась Германией, а более 25% — Россией. Все остальные страны в совокупности вносили сумму меньшую, чем наша страна.В целом суммарно вклад России в европейские меганаучные проекты сейчас достигает порядка двух миллиардов евро. Только в Германии в два проекта — XFEL и ускоритель тяжелых ионов и антипротонов FAIR в Дармштадте — мы вкладываем более полумиллиарда евро.

 

© AP Photo / DPA/Daniel Bockwoldt    Европейский лазер на свободных электронах XFEL

 

— Почему стоит подчеркивать это?

— Дело в том, что это показатель взаимопонимания передовой части научного сообщества, которое активно поддерживало участие нашей страны в этих проектах, и государства, которое стало уделять большое внимание фундаментальной науке и обеспечению ученых возможностями работать на лучших в мире установках.

Ведь после распада СССР единственная мегаустановка мирового класса, построенная и пущенная за это время, это Курчатовский синхротронный источник. Для российских ученых в 1990-е годы — начале 2000-х годов участвовать в строительстве и работе на мегаустановках за рубежом было практически единственным вариантом поддержать свою квалификацию, продолжить свои исследования. И мы за рубежом были очень востребованы, потому что имели, возможно, наиболее квалифицированных ученых, большой опыт создания и работы на своих ускорителях, реакторах. Мы благодарны нашим европейским коллегам, которые в свое время протянули нам руку помощи, помогли сохранить наш потенциал, поддержать производства.

И что принципиально важно — наше участие в мегапроектах изменило мировой научный ландшафт. Мы за последние годы стали его неотъемлемой частью, чего раньше не было.

Проект XFEL — очевидный пример нашего успеха. Но он не единственный, ведь Россия участвует во всех значимых европейских научных мегапроектах — это и проект создания международного термоядерного реактора ITER во французском Кадараше, и строительство ускорителя FAIR в Германии, активное участие в работе действующего европейского синхротронного центра ESRF в Гренобле. Во многих из этих проектов, благодаря своему уникальному опыту в области меганауки, Курчатовский институт является научным координатором и руководителем от России.

Резюмируем: очевидно, что мы, пережив тяжелые времена после распада СССР, в итоге вышли на мировой научный рынок и заняли там достойное место.

Но еще более важно, что по мере укрепления российского государства стало ясно, что нашей науке надо возвращаться к себе. Руководством страны было принято решение создавать на территории России научные мегаустановки мирового класса с международным участием.

Несколько лет назад было отобрано из нескольких десятков, через многоступенчатую экспертизу, в том числе с международным участием, четыре таких проекта — это коллайдер NICA в подмосковной Дубне, полнопоточный исследовательский нейтронный реактор ПИК на площадке Курчатовского института в Гатчине под Санкт-Петербургом, "Игнитор" — российско-итальянский проект создания токамака нового типа с сильным магнитным полем, где будет значительно упрощена система нагрева плазмы, и источник синхротронного излучения четвертого поколения.

Эти проекты активно развиваются. Самый продвинутый сейчас — проект реактора ПИК. Уже прошел физический пуск реактора, готовится энергетический пуск в 2018 году. То есть мы будем обладать одним из мощнейших в мире исследовательских реакторов.

Синхротронный источник четвертого поколения мы тоже планируем строить на нашей площадке в Гатчине. В результате на северо-западе России, на границе с Европой, в течение ближайшего десятилетия начнут работать две мегаустановки мирового класса. Это фактически станет меккой для ученых всего мира. Если учесть, что здесь же рядом, в Петергофе, находится физический и другие естественно-научные факультеты Санкт-Петербургского университета плюс всемирно известные объекты культуры — ожерелье дворцов Ленинградской области, построенных во времена российской империи. Это "императорское кольцо" становится, таким образом, интеллектуальным и культурным центром, своеобразным окном в Европу XXI века. У него очень большое будущее.

 

— Это уникальные планы, тем более что мы помним, как один крупный западный политический деятель заявлял, что после введения санкций Россия якобы оказалась изолирована, а ее экономика порвана в клочья. Получается новое опровержение этого тезиса: наше государство выделяет существенные деньги на меганаучные проекты, а в стратегии научно-технологического развития России они названы одним из инструментов дипломатии.

— Как мы знаем, жизнь сложнее, чем кажется на первый взгляд. Понятно, что разрушить что-то гораздо проще, чем строить. Тем более — межгосударственные отношения. На уровне наших научных контактов, например, наши партнеры, хотя и вынуждены оглядываться на свой политический истеблишмент, хорошо понимают, что сохранение научных контактов с Россией очень важно. Более того, наука выступает в качестве своего рода канала для развития диалога.

 

— Но помимо прямых санкций ведь есть и опосредованные, когда на наших партнеров, в том числе в науке, Запад может оказывать и политическое давление.

— Ни одного прекращения какого-либо совместного проекта пока не было. Я хочу подчеркнуть, что в сегодняшних сложных политических условиях мы связаны с Европой важнейшими проектами в целом ряде научно-технических областей.

Проект XFEL в значительной степени базируется на двустороннем партнерстве России и Германии, а такое партнерство, причем не только в науке, в течение многих лет показывало высокую эффективность, когда мы объединяем наши идеи, интеллектуальный вклад с той четкой организацией, высоким уровнем, на котором умеют работать наши немецкие коллеги. Хочу подчеркнуть, что XFEL — практически единственный крупный меганаучный проект последних лет, который удалось реализовать почти без задержки и не превысить в разы первоначальный бюджет.

Вот наглядный пример, как сотрудничество России и Германии дает взаимовыгодные прорывные результаты.

Похожие новости

  • 25/12/2015

    Анатолий Красильников: на создание термоядерного реактора ИТЭР санкции не повлияли

    ​О том, как Россия участвует в создании термоядерного реактора ИТЭР, почему запуск проекта откладывается и влияет ли на него международная политическая обстановка рассказал директор частного учреждения "ИТЭР-Центр" Анатолий Красильников.
    677
  • 30/08/2017

    Михаил Рычев: самый большой в мире лазер совершит прорыв в науке

    ​Первого сентября под Гамбургом состоится открытие самого мощного в мире лазера на свободных электронах. О сути уникального проекта корреспонденту "РГ" рассказывает спецпредставитель НИЦ "Курчатовский институт" в европейских исследовательских организациях Михаил Рычев.
    130
  • 17/05/2017

    Академик Георгий Рыкованов - о запуске линейного ускорителя Большого адронного коллайдера

    ​В День Победы в Европейской центре ядерных исследований (ЦЕРН, Женева) состоялся запуск нового линейного ускорителя Большого адронного коллайдера LINAC4. В церемонии запуска принял участие научный руководитель РФЯЦ - ВНИИТФ имени Е.
    247
  • 06/04/2017

    Германия выделит новосибирским ученым-ядерщикам 30 миллионов евро на совместные научные разработки

    Один из примеров сотрудничества - проект рентгеновского лазера, успешно развивающийся  в Гамбурге. Это оборудование, которое сможет помочь изучить структуру любого вещества одним пучком света, было изготовлено в столице Сибири.
    455
  • 30/06/2017

    Рентгеновский лазер XFEL: мощный, быстрый, европейский

    ​27 000 импульсов в секунду - такая высокая частота повторения делает рентгеновский лазер XFEL уникальной установкой. 100 фемтосекунд - столь короткая продолжительность импульса (одна десятитриллионная доля секунды) открывает новые возможности для изучения химических и биологических систем.
    159
  • 11/05/2017

    В CERN состоялось официальное открытие нового ускорителя частиц

    В CERN состоялось официальное открытие нового линейного ускорителя — Linac 4, первого нового ускорителя CERN с момента открытия Большого адронного коллайдера. Он станет первым элементом ускорительного комплекса БАК высокой светимости (HL-LHC), открытие которого запланировано на середину 2020-х годов.
    320
  • 14/04/2017

    На коллайдер SuperKEKb в Японии установили детектор Belle II с российским оборудованием

    В ускорительном центре КЕК (Цукуба, Япония) завершена установка детектора Belle II в место встречи пучков коллайдера SuperKEKB, сообщает пресс-служба КЕК. Общий вес детектора превышает 1400 тонн. Одна из его ключевых систем – 40-тонный электромагнитный калориметр на основе кристаллов йодистого цезия – был создан и разработан при определяющем участии Института ядерной физики им.
    388
  • 10/03/2017

    В ИЯФ СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE

    ​В Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE, на котором обсуждается новый принцип ускорения заряженных частиц, использующий плазму и протонный пучок.
    464
  • 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.
    1493
  • 07/03/2017

    9 марта 2017 года в Институте ядерной физики СО РАН состоится пресс-конференция, посвященная эксперименту AWAKE

    ​Уважаемые коллеги! Приглашаем вас на пресс-конференцию, посвященную эксперименту AWAKE, целью которого является проверка нового принципа ускорения заряженных частиц. В конце прошлого года коллаборация AWAKE получила первые впечатляющие результаты, о которых вы сможете узнать 9 марта от представителей ЦЕРН и нашего института, который участвует в этом проекте.
    566