Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН - институт, созданный в 1958 году в Новосибирском Академгородке на базе лаборатории новых методов ускорения Института атомной энергии, возглавляемого И. В. Курчатовым. ИЯФ - крупнейший институт РАН. Общее число сотрудников института составляет примерно 2900 человек. Среди научных сотрудников института 5 действительных членов Российской Академии Наук, 6 членов-корреспондентов РАН, около 60 докторов наук, 160 кандидатов наук. ИЯФ выполнил довольно внушительный объем работ для Большого адронного коллайдера в CERN.

С этого все началось: ВЭП-1 (Встречные Электронные Пучки)
Первый в мире коллайдер, построенный в 1963 году для изучения возможностей их использования в экспериментах по физике элементарных частиц. ВЭП-1 - единственный за всю историю коллайдер, в котором пучки циркулировали и сталкивались в вертикальной плоскости.

Сейчас в ИЯФ СО РАН функционируют два ускорителя: ВЭПП-4 и ВЭПП-2000.
Электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000, разработка которого началась также в 2000 году, стал своего рода младшим братом Большого адронного коллайдера. Если энергия частиц в европейском коллайдере достигала 100 гигаэлектронвольт на пучок (суммарная энергия - 200 гигаэлектронвольт), то сибирский коллайдер ровно в 100 раз слабее - 2000 мегаэлектронвольт или 2 гигаэлектронвольта.

Одна из основных задач нового коллайдера - с максимально высокой точностью измерить параметры аннигиляции электрон-позитронной пары в адроны - мезоны и барионы. Позитрон и электрон - частица и античастица - при столкновениях могут аннигилировать, целиком превращаясь в электромагнитное излучение. Однако при некоторых энергиях эти столкновения могут порождать другие частицы - состоящие из двух (мезоны) или трех кварков (барионы - протоны и нейтроны).
Внутреннее строение протонов и нейтронов до сих пор изучено не до конца.

Мгновенное охлаждение для ног при помощи азота.

Мне сказали, что на данный момент это один из самых мощных в мире магнитов.

Управление ВЭПП-2000

Ускорительный комплекс ВЭПП-4 представляет собой уникальную установку для проведения экспериментов со встречными электрон-позитронными пучками высоких энергий. Комплекс ВЭПП-4 включает в себя инжектор (энергия пучка до 350 МэВ), накопитель ВЭПП-3 (до 2 ГэВ) и электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-4М (до 6 ГэВ).

Коллайдер ВЭПП-4М с универсальным детектором элементарных частиц КЕДР предназначен для экспериментов по физике высоких энергий.

На ВЭПП-4М реализована система измерения энергии частиц методом резонансной деполяризации с относительной погрешностью до 10-7, не достигнутой ни в одной другой лаборатории мира. Такая методика дает возможность измерять массы элементарных частиц с чрезвычайно высокой точностью.

В последние годы целью большинства экспериментов является прецизионное измерение масс элементарных частиц.

Кроме физики высоких энергий, на комплексе ВЭПП-4 проводятся исследования с использованием выведенных пучков синхротронного излучения. Основные направления - материаловедение, изучение взрывных процессов, археология, биология и медицина, нанотехнологии и т. д.

На установках комплекса ВЭПП-4 проводят исследования более 30 российских и зарубежных организаций, в том числе институты РАН из Новосибирска, Екатеринбурга, Красноярска, Томска, Санкт-Петербурга, Москвы и др., а также зарубежные институты из Германии, Франции, Италии, Швейцарии, Испании, США, Японии и Южной Кореи.

Периметр ВЭПП-4м составляет 366 метров.

Его полукольца проходят под землей

На накопителе ВЭПП-3 проводятся эксперименты по ядерной физике на внутренней газовой мишени, которая представляет собой рекордную по интенсивности струю газа (дейтерия или водорода), вводимую непосредственно в вакуумную камеру накопителя.

Длина накопителя ВЭПП-3 составляет 74.4 м, энергия инжекции 350 МэВ, максимальная энергия 2000 МэВ

Основные направления работы ВЭПП-3 в настоящее время это Накопление и инжекция электронов и позитронов в коллайдер ВЭПП-4М, работа в качестве источника синхротронного излучения и эксперименты с внутренней газовой мишенью, по рассеянию электронов на поляризованных дейтронах.

Накопитель-охладитель инжекционного комплекса.

Установка ГДЛ (газодинамическая ловушка) является стендом для экспериментального изучения важных физических проблем, связаных с удержанием термоядерной плазмы в длинных магнитных системах открытого типа. В числе иследуемых вопросов физика продольных потерь частиц и энергии, равновесие и магнитогидродинамическая устойчивость плазмы, микронеустойчивости.

Эксперименты на установке ГДЛ дали ответ на несколько классических вопросов физики горячей плазмы.

В настоящее время установка ГДЛ модернизируется. Цель модернизации - использовать для нагрева плазмы мощные атомарные инжекторы нового поколения. Такие инжекторы согласно расчетам, дают возможность получить рекордные параметры горячей плазмы, что позволит провести ряд экспериментов по детальному изучению физики удержания и нагрева плазмы с параметрами, характерными для термоядерных реакторов будущего.

Многопробочная ловушка плазмы ГОЛ-3.
На установке ГОЛ-3 проводятся эксперименты по изучению взаимодействия плазмы с поверхностью. Цель этих экспериментов - выбор оптимальных конструкционных материалов для элементов термоядерного реактора, находящихся в контакте с горячей плазмой.

Установка ГОЛ-3 представляет собой соленоид, на которую надето множество катушек (110 штук), создающих внутри трубки мощное магнитное поле. Перед работой установки, вакуумные насосы откачивают из трубки воздух, после чего внутрь инжектируется атомы дейтерия. Затем, содержимое трубки нужно нагреть до десятков миллионов градусов, пропуская пучок заряженных частиц.

Нагрев протекает в две стадии - благодаря электрическому заряду достигается предварительный нагрев до 20 тысяч градусов, а затем "впрыскиванием" пучка электронов идет нагрев до 50-60 миллионов градусов. В этом состоянии плазма удерживается лишь доли секунд - за это время приборы снмают показания для последующего анализа.

Всё это время, на катушки подается напряжение, создающие в них магнитное поле около пяти тесла.
Такое сильное поле, подчиняясь физическим законам, стремится разорвать катушки на части, и для предотвращения этого они скреплены крепкими стальными креплениями.

Всего за день бывает по несколько "выстрелов", потребляющие около 30ти МгВт электрической мощности на каждый. Эта энергия поступает от Новосибирской ГЭС по отдельной сети.

Установка ЛСЭ в соседнем с ИЯФом институте химической кинетики и горения.
Лазеры на свободных электронах состоит из двух узлов - ондулятора и оптического резонатора.
Идея такова - пучок электронов пролетает через секцию со знакопеременным магнитным полем. Под действием этого поля электроны вынуждены лететь не по прямой, а по некоей синусоидальной, волнообразной траектории. Совершая это виляющее движение, релятивистские электроны излучают свет, который по прямой попадает в оптический резонатор, внутри которого - сумасшедший вакуум (10–10 миллиметров ртутного столба).

На противоположных концах трубы - два массивных медных зеркала. По пути от зеркала к зеркалу и обратно свет набирает приличную мощность, часть которой выводится к потребителю. Электроны же, отдавшие энергию в электромагнитное излучение, разворачиваются через систему поворотных магнитов, возвращаются в ВЧ-резонаторы и там тормозятся.

Пользовательские станции, которых сегодня шесть, находятся на втором этаже здания за пределами ускорительного зала, где в период работы ЛСЭ находиться нельзя. Излучение выводится наверх по трубам, заполненным сухим азотом.

В частности, излучение этой установки использовано биологами для разработки нового метода исследования сложных молекулярных систем.

Для химиков открывается возможность очень экономного с энергетической точки зрения управления реакциями. Физики занимаются исследованием метаматериалов - искусственных материалов, которые обладают в определенном диапазоне длин волн отрицательным показателем преломления, становясь полностью невидимыми и т.д.

Как видно по "дверке", здание имеет, наверное, 100-кратный запас прочности по радиационной защите.

По всем вопросам, касающимся использования фотографий, пишите на электронную почту.

"Принцип коллайдера прост - чтобы понять, как устроена вещь, ее надо разломать. Чтобы узнать, как устроен электрон, его тоже надо разломать. Для этого придумали машины, в которых электроны разгоняются до колоссальных энергий, сталкиваются, аннигилируют и превращаются в другие частицы. Это как если бы два велосипеда столкнулись, а разъехались автомобили", - рассказывает Гольденберг.

После многочисленных поворотов, переходов и лестниц можно выйти к панно, на котором нарисованы кольца действующих сегодня коллайдеров ВЭПП-3 (построен в 1967-1971 годы) и ВЭПП-4М (ВЭПП-4 построен в 1979 году, модернизирован в начале 90-х). По словам Гольденберга, периметр ВЭПП-3 составляет 74 м, а ВЭПП-4М - 360 м. "Чем больше накопитель, тем больше энергии он может вкачать. Это не значит, что один ускоритель лучше, а другой хуже, просто на них можно смотреть разную физику и ставить разные эксперименты", - объяснил физик. Работой коллайдеров управляют из пультовой, туда посетителей не пускают. По оценкам сотрудников , параметры работы ускорителей контролируют примерно 30 человек.

В одном из подземных бункеров проводят эксперименты с пучками. Борис Гольденберг сообщил, что прямо сейчас за свинцовой стеной работает ВЭПП-4М, в котором частицы описывают круги размером со стадион. Увидеть коллайдер своими глазами, конечно же, не получилось. "В накопителе смертельные дозы [радиации], там нельзя находиться. Мы от него защищены метровой стеной и коридором, все каналы [из него] выведены и обжаты свинцом, все это защищено", - успокоил физик.

Установки, с которыми ученые работают в бункере, называются станциями - внутри каждой находится экспериментальное оборудование. Разогнанные коллайдером частицы физики могут использовать, кажется, где угодно. К примеру, стабильный источник излучения позволяет калибровать детекторы для космических телескопов. Здесь же можно "просветить" плотный гранит, чтобы найти в нем алмазы. Рентгеновская томография и рентгеновская микроскопия образцов в выходит в 50 раз четче, чем, к примеру, на медицинских аппаратах. Одна из последних разработок ученых - щадящий способ борьбы с раком. В этом эксперименте зараженных мышей облучают "сетчатым" пучком, а не сплошным - так здоровые ткани не страдают.

Самый актуальный проект для сегодня - работа над новым ускорителем частиц. Сейчас институт сам финансирует работы и за 10 лет вложил в проект около 2 млрд руб. На территории института уже готова четверть туннеля для подземной части ускорителя, окружность которого будет составлять 800 м. Директор Павел Логачев оценивал общую стоимость проекта примерно в 34 млрд руб. Ученые предполагают, что этот электрон-позитронный коллайдер сможет открыть миру "новую физику".

Наталья Гредина

Назван срок запуска коллайдера в Новосибирске

​Директор Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) Павел Логачев озвучил, когда в Новосибирске может начаться строительство нового коллайдера.Ученые предполагают, что этот электрон-позитронный коллайдер - проект Супер Чарм-Тау фабрика - сможет открыть миру "новую физику".

Институт ядерной физики СО РАН отмечает 60-летний юбилей

​​​60 лет назад в этот день вышло постановление Совета министров СССР о создании в Новосибирске Института ядерной физики. И по сей день это подразделение Академии наук – одно из самых крупных и самых успешных.

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.

Институт ядерной физики им.Г.И.Будкера СО РАН – крупнейший академический институт России, один из ведущих мировых центров в области физики высоких энергий, физики и техники ускорителей, источников синхротронного излучения и лазеров на свободных электронах, физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза. По многим своим направлениям ИЯФ СО РАН является единственным в России центром.

Институт создан в 1958 году в новосибирском Академгородке на базе руководимой Г.Будкером Лаборатории новых методов ускорения Института атомной энергии, возглавлявшегося И.Курчатовым. Академик Г.Будкер был основателем и первым директором института. О том, над какими проблемами работает Институт сегодня, агентству "Интерфакс-Сибирь" рассказал его директор Александр Скринский.

- Александр Николаевич, какими Вы видите перспективы института в контексте тех изменений, которые происходят сейчас в академической науке?

- Пока что можно говорить о том, что наше финансирование на следующий год не изменится, оставшись на уровне этого года. Исторически сложилось так, что наш институт имеет больше внебюджетного компонента за счет контрактов, участия в коллаборациях и так далее. Например, из 2 млрд рублей полного бюджета Института на 2013 год прямое бюджетное финансирование составило около 800 млн рублей. Остальное приходит нам, потому что мы делаем то, что нужно другим научным центрам, в основном, зарубежным, хотя есть и российские заказы. И делаем прикладные вещи, что называется, для народного хозяйства – медицины, безопасности (системы досмотра в аэропортах), различных отраслей промышленности, как для России, так и для зарубежных потребителей. Мы стараемся, конечно, чтобы наши прикладные разработки не были какой-то отдельной деятельностью, но естественным образом вытекали из того, что мы делаем в области фундаментальной науки, потому что для нас центральная линия – это физика элементарных частиц и связанные с ней вопросы.

Фундаментальная физика развивается только тогда, когда ты идешь по незнакомой стране, по не пройденному никем направлению и делаешь, узнаешь то, что другие еще не знают в этот момент. Понятно, что почти всегда параллельно кто-то занимается решением тех же проблем, можно отстать – но это второй вопрос.

В идеале мы вынуждены изобретать и осваивать новые технологии, чтобы подступиться к совершенно новым явлениям, которые ни в каких практических применениях раньше не употреблялись по той простой причине, что эти явления не были открыты.

Например, синхротронное излучение, первые искусственные источники которого появились еще в середине прошлого века. С этого времени продолжается улучшение возможностей генерирования синхротронного излучения, повышения его качества, яркости, интенсивности, укорочения длины волны, точнее, ее регулировка. Надеемся, что в ближайшие годы нам удастся построить новый источник синхротронного излучения поколения, как сейчас принято говорить, "3+". Точно так же лазер на электронных пучках высокой энергии. Он дает когерентное излучение, частоту которого можно варьировать, и мы показали, что это возможно. Первая очередь лазера была запущена в 2003 году, вторая - в 2009 году, и мы надеемся, что третья очередь будет запущена в ближайшее время. На сегодняшний день наш лазер на свободных электронах по средней мощности излучения значительно превосходит все другие источники когерентного излучения в мире в диапазоне длин волн 40-80 и 110-240 микрон. Сначала многие говорили, что ерундой занимаемся - впрочем, так бывает почти всегда. Сейчас лазер уже находит применение, хотя и не в технологии, а в других областях науки – биологии, геологии, химии. Например, с его помощью можно разделять легкие изотопы, работать с метаматериалами и так далее.

- Какие задачи стоят перед ИЯФ в фундаментальной науке?

Мы хотим сделать очень большой шаг в повышении светимости (производительности) нашего следующего электрон-позитронного коллайдера на сравнительно низкую энергию – до 5 ГэВ. Производительность этого коллайдера должна быть примерно в тысячу раз больше, чем то, что достигнуто на настоящий момент, больше даже, чем у Большого адронного коллайдера. Хотя энергия коллайдера будет относительно низкой, это позволит, мы надеемся, дать ответы на важные вопросы, которые стоят не только перед физикой элементарных частиц, но и перед космологией. Эти науки, хотя и сильно отличаются по своему инструментарию, но в том, что касается понимания строения материи – они необходимы друг другу. Есть надежда, что российское правительство, вновь включив наш коллайдер в число научных мегапроектов, которые поддержит государство, о чем недавно сообщил министр образования и науки Дмитрий Ливанов, будет последовательным в выполнении этого решения. Дело в том, что полная стоимость установки составляет около 16 млрд рублей. По мировым меркам это не так много, из них около 15% мы сумели вложить за счет контрактных работ, выполняемых для других центров, промышленности России и других стран, но полностью реализовать проект исключительно своими силами, конечно, нельзя.

- Стандартная Модель устоит?

Говоря о Стандартной Модели (современной теории строения и взаимодействий элементарных частиц – ИФ), следует разделить два момента: ее достоверность и полноту. Сначала о достоверности.

Стандартная Модель обладает исключительно мощной предсказательной силой. До сих пор, несмотря на множество разнообразных экспериментов, ставящих своей целью найти прямое или косвенное указание на существование отклонений от Стандартной Модели, обнаружить эти отклонения на сколь-нибудь значимом уровне достоверности не удалось. В этом смысле новосибирские эксперименты, прежде всего, новый наш коллайдер ВЭПП-2000, являются своеобразным форпостом проверки Стандартной Модели – одной из величайших естественнонаучных теорий XX века.

Однако что можно утверждать наверняка – в нынешнем виде Стандартная Модель как модель, описывающая все фундаментальные взаимодействия, неполна. В природе существуют явления, например, темная материя, темная энергия, которые не описываются Стандартной Моделью, и чтобы это объяснить, нужно ее (Стандартной Модели) расширение. Впереди – огромный объем экспериментальной работы, прежде всего – в области космологии, астрономии и, конечно, физики высоких энергий.

- Как продвигается работа ИЯФ по термоядерному направлению?

Вложения в разработку реакторов, основанных на незамкнутых системах удержания плазмы, которыми занимается наш институт, по сравнению с вложениями в токамаки (в котором плазма удерживается электрическим полем в тороидальной камере – ИФ) в мире гораздо меньше, поэтому в целом оно продвинулось скромнее – как по параметрам плазмы, по их близости к термоядерным параметрам, так и в части инженерной и технологической проработки такого подхода. В принципе, конечно, термоядерную реакцию можно получить и тем, и другим способом, но основная и наиболее сложная задача – сделать процесс получения этой энергии коммерчески привлекательным, а также технологически и экологически приемлемым.

С этой точки зрения коммерческий токамак – очень сложная, трудная для практической реализации технология, и если предположить, что коммерческий реактор можно реализовать на основе незамкнутых систем удержания плазмы, то это может быть заметно легче, дешевле и безопаснее, чем токамак.

Важно отметить, что этой тематикой занимаемся не только мы, в этом же направлении продвигается, например, американская компания Three Alpha Energy, для которой мы делаем партию мощных атомарных нагревных инжекторов мегаваттного диапазона.

Насколько, на Ваш взгляд, результат по нагреву и удержанию плазмы в газодинамической ловушке (ГДЛ), полученный недавно в ИЯФ, приближает перспективу термоядерного реактора на основе, как принято говорить, "пробкотрона"?

Действительно, совсем недавно, в ноябре этого года на установке ГДЛ при дополнительном микроволновом (СВЧ) нагреве субтермоядерной плазмы была достигнута рекордная величина электронной температуры, составившая 400 электрон-вольт (4,5 млн градусов).

Этот прорыв по температуре (предыдущий рекорд составлял около 250 электрон-вольт) стал возможен благодаря сотрудничеству с НГУ и Институтом прикладной физики РАН (Нижний Новгород) в рамках мегапроекта, которым руководит выдающийся германский ученый – профессор Манфред Тумм (Карлсруэ). В настоящее время был задействован только один из разработанных ими источников микроволнового излучения, при подключении второго мы ожидаем дальнейшее продвижение по параметрам плазмы (то есть рост ее температуры и времени удержания плазмы в ловушке - ИФ).

Полученный результат является важным шагом на пути к термоядерной энергетике – он подтверждает возможность создания нейтронных генераторов и реакторов ядерного синтеза на базе открытых ловушек, простейших с инженерной точки зрения.

- На ваш взгляд, чисто российский термоядерный проект возможен?

Масштаб и, соответственно, ресурсоемкость подобного проекта такова, что даже Америка не берется решить эту задачу, опираясь только на внутренние возможности. Ни по токамакам, ни по незамкнутым системам. Оба направления развиваются как международные.

Строящийся во Франции ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor - крупнейший международный проект по созданию экспериментального термоядерного реактора в Карадаше (Франция) – ИФ), например, уже действительно мировой проект, в котором участвуют практически все наиболее развитые в научно-техническом отношении страны, в том числе Россия, США, Япония, страны Европы. Но и разработка открытых систем удержания плазмы тоже проводится уже в рамках международных, кооперационных, а не национальных проектов. И дело даже не в том, что, например, у Америки не хватит денег, чтобы самим сделать термоядерный реактор. Просто они, наверное, не хотят брать на себя весь риск пройти "в одиночку" весь путь, не будучи уверенным в конечном результате.

Кроме того, те разработки, которые, допустим, есть у нас в институте, у США нет. Поэтому мы выполняем для них контрактные работы, они используют наш научно-технический потенциал для того, чтобы продвигаться и как можно быстрее получать результат. У нас же хотя и есть некие заделы на будущее, государственные вложения в незамкнутые системы отсутствуют, и мы беремся за зарубежные заказы, чтобы иметь возможность совершенствовать технологии, находить новые решения.

- В каких еще международных проектах участвует институт?

Продолжается участие в проекте CERN-LHC, то есть Большом адроном коллайдере. Несколько десятков наших исследователей принимает участие в экспериментах с детекторами ATLAS, LHCb. Мы принимаем достаточно заметное участие в модернизации ускорительного комплекса.

Мы принимаем участие в создании высокосветимостной В-фабрики, электрон-позитронного коллайдера с энергией на уровне 10–11 ГэВ в Японии.

В Германии мы участвуем в двух крупных проектах – это короткоимпульсный лазер на пучках электронов высокой энергии, очень высокой энергии, десятки ГэВ, который строится под Гамбургом. Предполагается, что это будет самый мощный в мире рентгеновский лазер.

Еще один крупный проект в Германии – проект FAIR, Facility for Antiprotons and Ions Research, реализуемый Центром по изучению тяжелых ионов имени Гельмгольца в Виксхаузене под Дармштадтом. Это тяжелоионный коллайдер, в его разработке мы участвуем около 15 лет.

В оба проекта в Германии вложены серьезные российские деньги, много больше, чем ИЯФ напрямую получает от нашего государства. На эти деньги нам и еще небольшому числу российских институтов заказываются оборудование и для лазера, и для FAIR.

Почему это делается так, а не напрямую – государство вкладывает в нас, чтобы мы, допустим, сделали что-то для этих проектов, это вопрос непонятный.

ITER устроен не совсем так: в ITER российская сторона поставляет оборудование, вкладывая деньги в наши институты – в Курчатовский, в наш, в некоторые другие.

Кстати, о Курчатовском научном центре. Тема возможного объединения ИЯФ с ним окончательно снята с повестки дня?

Разговоры об объединении возникли летом, когда активно обсуждалась реформа РАН. Тогда РАН с нашим участием предложила не ведомственную принадлежность институтов менять и объединять разные организации в юридическом смысле, а вернуться к реализации государственной программы по созданию установок Mega Science.

Их в свое время было отобрано шесть, в том числе и наш электрон-позитронный коллайдер с большой светимостью на сравнительно низкую энергию.

Нам вариант госпрограммы нравится гораздо больше, прежде всего потому, что у нас идет не только этот проект, у нас идут другие работы. В том числе и по спецтематике. И взять это все и слить во что-то одно чрезвычайно нерационально, административное объединение всех со всеми – это неправильно. Вредные последствия я вижу в том, что руководства, которое бы все знало и все понимало во всех областях, в науке не бывает. Развивать какую-то область совместно могут организации, которые обладают своего рода взаимопониманием. Они могут в этой области взаимодействовать с одними организациями – прикладными, промышленными, а в других областях – совсем с другими.

- Не возникало ли идеи во время одной из реформ, например, разделить ИЯФ на производство и собственно науку?

- Конечно, таких идей было много, и появлялись они на многих этапах. Но мы делаем на нашем производстве, точнее, конструкторско-производственном комплексе все наше новое оборудование, которое нельзя купить где-то, которое нам нужно и для наших фундаментальных исследований, и для приложений в других областях науки, и для приложений промышленного, медицинского и так далее характера.

Посмотрите, у нас была убита или почти убита отраслевая наука. Допустим, можно отсоединить нашу конструкторско-производственную часть. И чем она станет лучше жить, чем отраслевые институты, отраслевые КБ с производством, гораздо более масштабным, чем есть у нас?

Мы подозреваем, и опыт показывает, что мы выжили и продолжаем быть интересными и за рубежом, и внутри страны, и с прикладной точки зрения потому, что у нас есть вся цепочка – фундаментальные исследования, прикладные исследования и разработки, конструкторские возможности и высокотехнологичное производство.

- Почему прикладные разработки института больше востребованы за рубежом, чем в России?

До 1990 года 85-90% нашей продукции, а именно промышленных ускорителей, шло в Советский Союз. На этом была построена целая кабельная промышленность, где была необходима термостойкая изоляция. В последующие годы у заводов исчезла возможность вообще покупать что-то новое. Сейчас некоторые предприятия, которые пережили это время, начали развиваться, снова начали покупать наше оборудование. Ежегодно мы производим от 10 до 15 ускорителей (одна такая машина стоит от $500 тыс. до $2 млн). Сейчас у нас 20% потребителей – российские. Немного есть потребителей в Казахстане. Конечно, мы готовы делать не только то, что делали 30 лет назад, мы готовы делать новые вещи. Но для этого должны быть заказы, как был заказ, например, от электротехнической промышленности для производства термостойкого кабеля. Тогда они сразу заказали нам 15 ускорителей – это было примерно в 1970 году. И на этом, фактически, выросло наше производство, на тот момент у нас не было ускорителя, который мы могли бы поставить, были пробы, отдельные наработки… Но ускорителя, работающего на высоких параметрах, с достаточно большой энергией, мощностью десятки и сотни киловатт – такого не было. И притом надо было, чтобы это работало не у нас, а на заводе, у людей, которые, может быть, ничего не понимают в физике, чтобы это работало не день и не месяц.

Многие наши ускорители проработали по 20 лет, иногда у нас заказывали запчасти, а в основном заводы их эксплуатировали сами. Потом это пошло за рубеж, в основном, в Китай. Вот с Китаем сейчас и возникла некоторая проблема. Первое, что они делают, когда у них появляются наши новые устройства, наши новые машины, и не только наши, наверное, максимально строго их копируют. На то, чтобы освоить ускорители типа ЭЛВ, самого массового, у них ушло около 15 лет. Сейчас в Китае ускорителей работает больше, чем когда-либо работало в СССР и в России – около 50. Пока они покупают ускорители и у собственных производителей, и у нас – примерно один к одному. Через некоторое время они нас вытеснят, конечно, со старыми ускорителями из Китая. Но они пытаются выйти и на индийский рынок. В Корею им выйти сложнее, потому что мы производим ускорители совместно с Samsung. Они используются как в самой Корее, так и поставляются в Китай. Вообще говоря, Китай большой, и те, кто привык к нашим машинам, те вроде держатся за нас. Но это не может длиться вечно, нам нужно развиваться, идти вперед. Нам нужна, конечно, революция в технологиях, частично они у нас намечаются, но пока потребителей российских почти нет. Рассчитывать на то, что зарубежный потребитель профинансирует разработку, не приходится, они могут только купить готовое оборудование.

Допустим, российские деятели действительно заботятся о том, чтобы развивалась наука, технологии на базе науки, и так далее. Предположим, что это так и есть. Сейчас часто рассуждают так: вот мы (страна) отстаем в такой-то области техники, технологии в силу самых разных причин. Давайте туда вкладывать деньги. Как правило, это пустое дело, то есть получается бездонная бочка, потому что если у тебя нет квалифицированного и привыкшего работать и получать результат коллектива, результата и не будет. Или другое рассуждение – давайте все закупим, всю технологию, привезем сюда и будем производить все, что нужно. Тоже практически не работает, потому что получить передовую технологию практически невозможно. Это все технологии 15-20-летней давности. То, над чем работают за рубежом на переднем крае, к этому нас, конечно, не пустят. Поэтому правильно поддерживать в своей стране те группы, организации, которые уже сегодня выдают результаты интересные и мировому сообществу, за которыми - и положительная история, и положительное состояние, то есть они передовые в мировом масштабе. И вкладывать деньги нужно в такие организации, отдача будет немедленная и гарантированная.

Пока же прорывные технологии, например, у нас в институте, тот же лазер на электронных пучках, создаются на заработанные нами деньги, а не потому, что государство заказало и профинансировало нам разработку, или поручило сделать, или поддержало наше начинание. Мы, понимая, что это будет когда-то востребовано в России, построили его сами. Аналогичным образом был построен и электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2000 – мы ничего не получали от государства на фундаментальную науку в этом плане. На сегодня те средства, которые выделяются государством на науку, не покрывают в нашем Институте зарплату, коммуналку и т.п. Как ситуация будет развиваться дальше, сказать сложно.
interfax-russia.ru

June 6th, 2016

60 снимков | 12.02.2016

В феврале, в рамках дней науки в новосибирском Академгородке, сходил на экскурсию в ИЯФ. Километры подземных переходов, ускорители элементарных частиц, лазеры, генераторы плазмы и другие чудеса науки в этом репортаже.

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН) - крупнейший академический институт страны, один из ведущих мировых центров в области физики высоких энергий и ускорителей, физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза. В институте ведутся крупномасштабные эксперименты по физике элементарных частиц, разрабатываются современные ускорители, интенсивные источники синхротронного излучения и лазеры на свободных электронах. По большинству своих направлений Институт является единственным в России.

Первые приборы, которые встречает посетитель прямо в коридоре института, это резонатор и поворотный магнит с ВЭПП-2М. На сегодня музейные экспонаты.
Так выглядит резонатор. По сути это ускоритель элементарных частиц.

Установка со встречными электрон-позитронными пучками ВЭПП-2М начала работать с 1974 года. До 1990 года она несколько раз модернизировалась, была улучшена инжекционная часть и установлены новые детекторы для проведения экспериментов по физике высоких энергий.

Поворотный магнит, отклоняющий пучок элементарных частиц для прохождения по кольцу.

ВЭПП-2М - один из первых коллайдеров в мире. Автором новаторской идеи сталкивать встречные пучки элементарных частиц был первый директор Института ядерной физики СО РАН - Г. И. Будкер. Эта идея стала революцией в физике высоких энергий и позволила экспериментам выйти на принципиально новый уровень. Сейчас этот принцип используется во всем мире, в том числе на Большом адронном коллайдере.

Следующая установка - ускорительный комплекс ВЭПП-2000.

Коллайдер ВЭПП-2000 - современная установка со встречными электрон-позитронными пучками, построенная в ИЯФ СО РАН в начале 2000-х годов вместо успешно завершившего физическую программу кольца ВЭПП-2М. Новый накопитель имеет более широкий диапазон энергий от 160 до 1000 МэВ в пучке, и на порядок более высокую светимость, то есть число интересных событий в единицу времени.

Высокая светимость достигается использованием оригинальной концепции круглых сталкивающихся пучков, впервые предложенной в ИЯФ СО РАН и применённой на ВЭПП-2000. В местах встречи пучков расположены детекторы КМД-3 и СНД. Они регистрируют разнообразные процессы, происходящие при аннигиляции электрона с его античастицей - позитроном, такие, как рождение лёгких мезонов или нуклон-антинуклонных пар.

Создание ВЭПП-2000 с применением целого ряда передовых решений в магнитной системе и системе пучковой диагностики в 2012 году было отмечено престижной в области физики ускорителей Премией им. Векслера.

Пультовая ВЭПП-2000. Отсюда осуществляется управление установкой.

Помимо компьютерной техники, для мониторинга и управления установкой используются и вот такие приборные шкафы.

Здесь всё наглядно, на лампочках.

Пройдя не меньше километра по коридорам института, мы попали на станцию синхротронного излучения.

Синхротронное излучение (СИ) возникает при движении высокоэнергетичных электронов в магнитном поле в ускорителях.

Излучение обладает рядом уникальных свойств и может быть использовано для исследований вещества и в технологических целях.

Наиболее ярко свойства СИ проявляются в рентгеновском диапазоне спектра, ускорители-источники СИ самые яркие источники рентгеновского излучения.

Кроме чисто научных исследований, СИ используется и для прикладных задач. Например, разработка новых электродных материалов литий-ионных аккумуляторов для электромобилей или новых взрывчатых веществ.

В России существует два центра по использованию СИ - Курчатовский источник СИ (КИСИ) и Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения (СЦСТИ) ИЯФ СО РАН. В Сибирском центре используются пучки СИ из накопителя ВЭПП-3 и из электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-4.

Вот эта жёлтая камера - станция "Взрыв". В ней исследуют детонацию взрывчатых веществ.

Центр обладает развитой приборной базой для проведения пробоподготовки и сопутствующих исследований. В центре работает около 50 научных групп из институтов Сибирского научного центра и из сибирских университетов.

Установка загружена экспеременатми очень плотно. Работа не прекращается здесь даже ночью.

Переходим в другой корпус. Помещение с железной дверью и надписью "Не входить радиация" - нам сюда.

Здесь находится прототип ускорительного источника эпитепловых нейтронов, пригодного для широкого внедрения бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) в клиническую практику. Проще говоря, этот прибор для борьбы с раком.

В кровь человека вводится борсодержащий раствор, и бор накапливается в раковых клетках. Затем опухоль облучают потоком эпитепловых нейтронов, ядра бора поглощают нейтроны, происходят ядерные реакции с большим энерговыделением, в результате чего больные клетки погибают.

Методика БНЗТ проверена на ядерных реакторах, которые использовались в качестве источника нейтронов, но внедрение БНЗТ в клиническую практику на них затруднительно. Для этих целей больше подходят ускорители заряженных частиц, потому что они компактны, безопасны и обеспечивают лучшее качество нейтронного пучка.

Ниже ещё несколько снимков из этой лаборатории.

Создается полное впечатление, что попал в цех большого завода типа .

Здесь разрабатывается и изготавливается сложное и уникальное научное оборудование.

Отдельно надо отметить подземные переходы института. Не знаю точно, сколько их общая длина, но думаю пара-тройка станций метро тут запросто бы поместились. Несведующему человеку в них очень легко заблудиться, зато сотрудники могут попасть из них практически в любое место огромного учреждения.

Ну а мы попали на установку "Гофрированная ловушка" (ГОЛ-3). Она относится к классу открытых ловушек для удержания субтермоядерной плазмы во внешнем магнитном поле. Нагрев плазмы на установке осуществляется при помощи инжекции релятивистских электронных пучков в предварительно созданную дейтериевую плазму.

Установка ГОЛ-3 состоит из трёх частей: ускорителя У-2, основного соленоида и выходного узла. У-2 вытягивает из взрывоэмиссионного катода и ускоряет в ленточном диоде электроны до энергии порядка 1 МэВ. Созданный мощный релятивистский пучок сжимается и инжектируется в основной соленоид, где в дейтериевой плазме возникает большой уровень микротурбулентности и пучок теряет до 40% своей энергии, передавая её электронам плазмы.

В нижней части установки находится основной соленоид и выходной узел.

А на верхней - генератор электронного пучка У-2.

На установке проводятся эксперименты по физике удержания плазмы в открытых магнитных системах, физике коллективного взаимодействия электронных пучков с плазмой, взаимодействию мощных плазменных потоков с материалами, а также отработке плазменных технологий для научных исследований.

Идея многопробочного удержания плазмы предложена в 1971 г. Г. И. Будкером, В. В. Мирновым и Д. Д. Рютовым. Многопробочная ловушка - это набор соединенных пробкотронов, формирующих гофрированное магнитное поле.

В такой системе заряженные частицы разбиваются на две группы: захваченные в одиночных пробкотронах и пролётные, попавшие в конус потерь одиночного пробкотрона.

Установка большая и конечно, о всех её узлах и деталях знают только работающие здесь учёные.

Лазернаяустановка ГОС-1001.

Зеркало, входящее в состав установки, имеет коэффициент отражения близкий к 100%. Иначе оно нагреется и лопнет.

Последней в эксурсии, но, пожалуй, самой впечатляющей стала Газодинамическая ловушка (ГДЛ). Мне, человеку далёкому от науки, она напомнила какой-то космический корабль в сборочном цехе.

Установка ГДЛ, созданная в Новосибирском институте ядерной физики в 1986 году, относится к классу открытых ловушек и служит для удержания плазмы в магнитном поле. Здесь проводятся эксперементы по теме управляемого термоядерного синтеза (УТС).

Важной проблемой УТС на основе открытых ловушек является термоизоляция плазмы от торцевой стенки. Дело в том, что в открытых ловушках, в отличие от замкнутых систем типа токамак или стелларатор, плазма вытекает из ловушки и попадает на плазмоприемники. При этом холодные электроны, эмитированные под действием потока плазмы с поверхности плазмоприемника, могут проникать обратно в ловушку и сильно охлаждать плазму.

В экспериментах по изучению продольного удержания плазмы на установке ГДЛ было экспериментально показано, что расширяющееся магнитное поле за пробкой перед плазмориемником в торцевых баках - расширителях препятствует проникновению холодных электронов в ловушку и эффективно термоизолирует плазму от торцевой стенки.

В рамках экспериментальной программы ГДЛ ведется постоянная работа по повышению устойчивости плазмы, уменьшению и подавлению продольных потерь плазмы и энергии из ловушки, исследованию поведения плазмы в различных условиях работы установки, повышению температуры мишенной плазмы и плотности быстрых частиц. Установка ГДЛ оснащена самыми современными средствами диагностики плазмы. Большинство из них разработано в ИЯФ и даже поставляется по контрактам для других плазменных лабораторий, в том числе и зарубежных.

Лазеры в ИЯФ повсюду и здесь тоже.

Вот такая была экскурсия.

Выражаю благодарность Совету молодых ученых ИЯФ СО РАН за организацию экскурсии и всем сотрудникам ИЯФ, показавшим и рассказавшим, чем и как сейчас занимается институт. Особую благодарность хочу выразить специалисту по связям с общественностью ИЯФ СО РАН Алле Сковородиной, непосредственно участвовавшей в работе над текстом этого репортажа. Также спасибо моему товарищу Ивану