Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО
Вы здесь: Главная // Аналитика

Симметричный ответ

Добавлено: 2011-02-02, просмотров: 1181






Россия возвращается в большую науку, становясь полноправным участником международных мегапроектов

Один из них — ускоритель антипротонов и тяжелых ионов — возглавил член-корреспондент РАН Борис Шарков.

Казалось, после окончания холодной войны человечество потеряло интерес к большой физике, которую в значительной мере связывали с военными проблемами. А в России было просто не до нее. Но времена меняются. Человечество возвращается в большую науку. Запущен Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе, ведется строительство токамака в Кадараше (проект ИТЭР), начат проект «Лазер на свободных электронах — X-FEL» в Гамбурге, готовится проект по сверхмощным лазерам. Возвращается в большую физику и Россия. Крупные научные проекты в силу своей всевозрастающей сложности и дороговизны все чаще становятся международными, и Россия в них принимает активное участие теперь не только интеллектуально, но и материально. В результате отечественные ученые и инженеры играют видную роль в управляющих и в научных структурах этих проектов.

В октябре прошедшего года в Висбадене девять государств, включая Россию, подписали конвенцию о создании нового ускорительного центра FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe), который будет построен в немецком Дармштадте. Всего же в проекте предполагается участие шестнадцати государств. Пост научного директора и председателя совета директоров Общества с ограниченной ответственностью FAIR GmbH, управляющей компании проекта, занял член-корреспондент РАН, заместитель директора по научной работе Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) Борис Шарков.

— Почему потребовался проект FAIR? Чем он по своим задачам отличается от Большого адронного коллайдера?

— Большой адронный коллайдер — это установка, которая нацелена на изучение физики элементарных частиц, физики высоких энергий с вполне конкретной, я бы сказал, яркой целью — открытие бозона Хиггса. Но существует огромный раздел науки, исследующий частицы с более низкими энергиями, но с большими массами. То есть тяжелые ионы. В первую очередь это квантовая электродинамика, релятивистская ядерная физика и изучение плотной барионной материи и кварк-глюонной плазмы. Я бы сформулировал это так: создание и изучение звездной материи в лаборатории. Дело в том, что при столкновении тяжелых частиц возникает удивительное состояние материи, которое реализуется только в звездах. И у нас появляется возможность изучать это состояние, с огромной статистикой, с огромными потоками данных, создавая параметры вещества, которые реализуются в нейтронных звездах, при взрывах сверхновых и так далее.

Наконец, это антипротонная физика и связанная с ней проблема симметрии нашей Вселенной. Вы знаете, что если бы после Большого взрыва была бы полная симметрия между материей и антиматерией, то все бы частицы антивещества и вещества аннигилировали? Но мы сделаны из вещества, и, следовательно, вся Вселенная возникла в результате какой-то маленькой асимметрии в реакциях и в природе. Почему так произошло, очень волнует умы физиков.

Кроме того, предполагается решение многих важных прикладных задач, например в биомедицине и материаловедении, которыми в ЦЕРНе не занимаются.

— Но ведь и на коллайдере в ЦЕРНе предполагается проведение экспериментов с тяжелыми ионами. Чем они отличаются от экспериментов с тяжелыми ионами на FAIR?

— Не столько отличаются, сколько дополняют друг друга. Они работают при высоких температурах, то есть больших скоростях и малых интенсивностях, соответственно, малых плотностях. Мы — при больших плотностях и более низких температурах. У нас светимость пучков будет раз в сто больше, чем там. В результате получаются совершенно разные физические эффекты. Если вы сталкиваете два ядра с большими энергиями и скоростями, то они пролетают друг через друга и почти не взаимодействуют, слишком маленькое время взаимодействия. А при меньших энергиях они сталкиваются. При этом рождается кварк-глюонная плазма. Вы ее можете зарегистрировать. Для ее получения существует вполне четко обозначенный оптимум энергии сталкивающихся частиц. И этот оптимум лежит как раз в области энергии нашего ускорителя.

— Почему проект FAIR создается именно в Германии и именно в Дармштадте?

— Германия располагает уже 40 лет самым большим ускорительным центром на тяжелых ионах. Это ускорительный комплекс GSI в Дармштадте. Именно поэтому здесь создается и новый ускоритель. Есть опыт, есть кадры. Предложение по созданию проекта FAIR было сформулировано в 2003 году, в 2006-м вышел так называемый базово-технический доклад, который можно назвать научно-техническим заданием на его строительство. В его разработке принимало участие около трех тысяч ученых и инженеров из 47 стран.

То, что будет построено, в шесть раз больше ускорителя GSI. Его основу составят два синхротронных сверхпроводящих кольца, которые будут под землей в одном тоннеле, и целый букет накопительных колец, которые формируют пучки по параметрам, необходимым для экспериментов. Общая длина ускорителя где-то четыре-пять километров. И еще столько же приблизительно линий транспортировки пучков на эксперименты. Этот проект аккумулирует в себе новейшие мировые достижения ускорительных технологий, которые позволят получить очень высокое качество пучков.

— А что значит «качество пучков»?

— Качество — это прежде всего интенсивность и светимость пучка. То есть это способность сформировать очень короткие и прецизионно сфокусированные пучки.

— Пучки чего?

— Пучки всех тяжелых ионов из таблицы Менделеева, до урана включительно, пучки протонов и антипротонов. И это будет в сто раз более интенсивный ускоритель антипротонов в мире, чем все имеющиеся в настоящее время.

— Какие практические результаты вы рассчитываете получить на этом ускорителе?

— Эта лаборатория будет базовой лабораторией Европейского космического агентства. Известно, что все миссии в космосе с участием людей ограничены по времени из-за воздействия космического излучения на человека. И в нашем проекте предполагается изучать не просто биологический

отклик на воздействие космического излучения, а воздействие на молекулярном уровне, на генетическом уровне, на уровне изменений структуры ДНК. Кроме медицины это пока еще экзотические исследования, связанные с тяжелоионной нанотехнологией: новые материалы, новые структуры, которые могут быть получены в результате облучения различных материалов тяжелыми ионами. И третье практическое приложение — это сверхинтенсивные, рекордно интенсивные пучки тяжелых ионов, которые при фокусировании на вещество и при торможении в объеме вещества создают в нем плотную неидеальную плазму, то есть вещество твердотельной плотности, но с колоссальными температурами. И именно это интересует нашу ядерную отрасль. Ибо там многие материалы в различных реакторах, в системах специального назначения находятся под потоками ионизирующих излучений. Необходимо знать, как себя ведут материалы в таком состоянии. Есть целая область параметров по плотности температуры сверхплотного вещества, которое называется неидеальной плазмой и которое очень слабо исследовано. А там материалы демонстрируют очень интересные свойства, на что обратили внимание еще академики Зельдович и Сахаров.

— Что дает участие в этом проекте России?

— Я недавно был в Барселоне на европейском совещании, где обсуждалась так называемая дорожная карта развития европейской научной инфраструктуры. И в ходе дискуссии ее участниками была сформулирована миссия фундаментальной науки, которая состоит в том, что она наряду с получением новых фундаментальных знаний является локомотивом развития новых технологий. Ведь при создании таких установок требуются новые материалы с принципиально новыми свойствами, новые, в том числе информационные, технологии. Ведь на FAIR поток данных будет превосходить церновские как минимум в 20 раз. Просто из-за того, что у нас частиц и событий гораздо больше. А нам еще надо наладить передачу этого информационного потока в Россию. Это потребует создания информационных технологий совершенно нового уровня.

Сейчас мы сами не строим установки такого класса. Большинство проектов такого уровня становятся международными. Отказаться от участия в них — значит остаться на периферии современной науки и техники.

В 2008 году мы создали исследовательский центр FAIR в России, который является интерфейсом между всеми российскими участниками этого проекта — ИТЭФом, Академией наук, «Росатомом», всеми университетами — и Германией. Финансируется он в пропорции пятьдесят на пятьдесят «Росатомом» и Обществом Гельмгольца — это немецкий аналог, я бы сказал, сразу и Академии наук, и Курчатовского центра. Для этого центра мы отобрали с помощью международной отборочной комиссии 32 стипендиата во всех тех лабораториях, которые участвуют в проекте. Это наши отечественные дипломники, аспиранты и постдоки, которые сидят в своих лабораториях и делают компоненты сверхпроводниковых магнитов, детекторы и много что еще для FAIR. Условие такое — они должны работать именно в России. То есть этот проект еще и способствует закреплению талантливой научной молодежи в стране.

— Почему выбрана такая необычная для российской науки схема управления всем проектом FAIR — общество с ограниченной ответственностью?

— С самого начала было решено, что это будет институт в рамках немецкого правового поля. А в Германии большинство научных организаций — институтов — существует в юридической форме обществ с ограниченной ответственностью, собственниками которых являются, как правило, федеральное и земельное правительства. Но, конечно, никакой коммерции здесь нет. Просто так принято. В нашем случае бундестаг принял решение, что они выделят 75 процентов от стоимости проекта только при условии, что остальные 25 процентов выделят другие страны — участницы проекта. Создали общество, и вклад каждой из стран в проект оценивается в виде пакета акций. Сколько кто вложил, тот столько голосов в собрании акционеров и имеет. Сначала с Россией шли переговоры о пяти процентах. Ученые были довольны и этим, чтобы просто вступительный билет купить. Но политики сказали, раз у нас с Германией стратегическое партнерство, тогда не меньше 15 процентов. А сегодня реально получается более 17 процентов. Россия вторая по вкладу после Германии страна в проекте.

— Но ведь у нас в Дубне тоже будет строиться ускорительный комплекс «Ника», который по своим характеристикам ничем не хуже. Мы не конкурируем здесь с собственными проектами?

— Покойный директор дубнинского центра академик Алексей Сисакян, который был большим моим другом, вначале очень опасался, что будет конкурентная борьба между FAIR и проектом «Ника». Но я убедил его, что это два взаимодополняющих проекта. «Ника» — это коллайдер, то есть ускоритель, в котором сталкиваются пучки частиц, а FAIR будет работать на фиксированных мишенях. Кроме того, интенсивность и возможности по энергии в FAIR будут на поколение больше. И я сейчас возглавляю экспертный совет по созданию машины в Дубне, будучи научным руководителем в FAIR.

Более того, Дубна — участник проекта FAIR. Там оказались весьма востребованы дубнинские разработки по сверхпроводящему магниту для синхротрона. Ускоритель FAIR создается на основе магнитов, разработанных в Дубне. И это один из больших рабочих пакетов российского участия. Мы сейчас создаем инфраструктуру по созданию этих магнитов в Дубне, в том числе за счет российского вклада в FAIR. И профит от этого будет иметь и проект «Ника», поскольку там те же самые магниты, что и в FAIR.

Когда в 2008-м Россия и Германия подписали декларацию о вхождении России в FAIR, было оговорено условие, что 85 процентов средств, которые Россия вкладывает в проект, приходят обратно в Россию — в институты, которые участвуют в проекте, и в индустрию высоких технологий. И пример Дубны очень характерный. Наш Минфин переводит деньги в FAIR, а я как директор этого проекта заключаю контракты с Дубной, с Институтом Будкера в Новосибирске, с производствами, которые сверхпроводники делают. То есть деньги приходят обратно сюда. А поскольку Россия входит в число собственников этого проекта, она остается собственником всего того, что сделано. Идет реальная инвестиция российских денег в российские же институты и технологии. Это единственный пока международный проект, в котором использована такая схема.

Я уже сказал о необходимости обеспечить прохождение мощного потока экспериментальных данных из Германии в Россию. Мы решили, что, как и в ЦЕРНе, в FAIR будет станция, которая собирает всю информацию, так называемый «ТИР-ноль», она будет передавать информацию в страны-участницы. Станция создается на новейшем поколении суперкомпьютеров. А в странах-участницах будут расположены суперкомпьютеры следующей ступени — «ТИР-один», они станут распределять информацию уже непосредственно по институтам — участникам проекта, в которых будут стоять суперкомпьютеры следующей ступени «ТИР-два». «Росатомом» и Институтом Гельмгольца принято решение поставить «ТИР-один» в ИТЭФе, а уже «ТИР-два» будет в Академии наук, в Курчатовском центре, в других институтах. Возможно, и в Сколкове. Тем самым мы, если хотите, прорубаем окно в мир новейших информационных технологий.

— Как вы оказались во главе этого проекта?

— Честно говоря, вполне логично, ибо я лет двадцать назад приехал первый раз в Германию, в Дармштадт, и у нас началось тесное научное сотрудничество с GSI. В 90-е годы, когда здесь были очень тяжелые времена, ИТЭФ был одним из немногих институтов, куда ездили иностранцы на совместные эксперименты. И с самого начала я попал в рабочие группы по подготовке проекта FAIR, потом в члены научно-технического совета, который готовил предложения по науке для программы FAIR. Я варился в этом соку с самого начала становления проекта. И когда был объявлен международный конкурс на замещение должности директора, «Росатом» выдвинул меня. В конкурсе участвовало 12 человек, в финале было трое. И вот я выиграл.

Немалую роль сыграло то, что я к этому моменту уже имел за плечами опыт научной работы, имя в науке, что очень важно, и реализованный проект ускорителя-накопителя ИТЭФ-ТВН в нашем институте.

— Я как раз хотел спросить про этот проект.

— Это замечательный проект, мое детище. Он во многом спас экспериментальную базу института в самые тяжелые времена, когда все рушилось. И за время его выполнения мы умудрились сделать установку, которая вполне на европейском уровне. Это тоже синхротрон, который дает протоны и тяжелые ионы. Он похож на FAIR тематикой: ядерная физика, медицина, биология, и у нас очередь из желающих провести эксперименты.

Но проект FAIR — проект нового поколения ускорителей. Предыдущий этап — это «Ника», а еще более ранний — ТВН, который уже работает. Но если бы не было ТВН, не было бы нашего участия и в FAIR. Это ступеньки одной и той же лестницы.

— В свое время в Протвине в Институте физики высоких энергий предполагалось построить свой коллайдер по масштабу не меньше церновского. Там вырыт гигантский кольцевой туннель под землей, заготовлена часть магнитов. Этот проект еще актуален?

— Каждый научный проект развивается в таких координатах: научная ценность, время и стоимость. Научная ценность каждого проекта не бесконечна. Она достигает максимума, и дальше, если время тянуть, начинает падать. Потому что возникают новые идеи, новые технологии, новые научные задачи. Проект устаревает. Сейчас для УНК как такового поезд ушел — это очевидно. Там действительно есть туннель, на поддержание которого ежегодно тратится 20 миллионов рублей. Были разные идеи — выращивать там шампиньоны и еще что-то в таком духе. Я думаю, что он просто должен ждать новых идей.

Но если бы не было проекта УНК, не было бы развития тех самых технологий сверхпроводящих магнитов, которые востребованы теперь в FAIR. Это наши технологии, которые были разработаны в нашем отечестве, и они востребованы.

— Сколько стоит проект FAIR?

— Полная цена проекта до 2025 года вместе с эксплуатацией оценивается в три миллиарда евро. Конечно, это немного.

Три миллиарда стоит половина атомной подводной лодки или мост через пролив, соединяющий Скандинавию с Данией. Миллиарды долларов получают в качестве бонусов банковские воротилы в Америке за месяц. Понимаете?

— В Институте прикладной физики в Нижнем Новгороде делают сверхмощные лазеры, которые, по мнению разработчиков, смогут заменить ускорители. Предсказывают появление ускорителей буквально на столе.

— Лазерное ускорение частиц — тема очень модная. Тема, которой обязательно надо заниматься, ИПФ на очень хорошем международном уровне в этом плане. Мы с ними только что подписали (я имею в виду FAIR) меморандум о сотрудничестве. Потому что в будущем возможно, что предускоритель для всей системы будет делаться на основе лазеров. Кроме того, там предусматривается изучение взаимодействия лазерного излучения и тяжелоионного пучка.

— А лазеры для FAIR в ИПФе будут делать?

— Такой лазер пока сделали немцы. На нем мы работаем в Дармштадте, что будет дальше — посмотрим, стройка FAIR будет длиться семь лет. В Ливерморе, в США, построили лазер, который стоил семь миллиардов долларов, так это два футбольных поля. Мы так не хотим, мы хотим, чтобы мощный лазер помещался на двух письменных столах. И в ИПФе занимаются ровно этим. В физике есть теорема, что произведение оптимизма на глубину понимания процесса есть константа. Но в начале исследовательского процесса оптимизм абсолютно необходим. Оптимистам принадлежит мир, как известно. А пессимисты в нем только зрители. Так что оптимизм сотрудников ИПФа абсолютно необходим. Это новейшая технология, новейшая физика.

— Россия участвует в нескольких крупных научных международных проектах. Вы, наверное, в курсе состояния проекта ITER — токамака в Кадараше?

— Я очень внимательно слежу за развитием этого проекта. Почему? Потому что там налепили столько ошибок, которые мне очень важно проанализировать, чтобы не повторять. Во-первых, произошло многократное удорожание проекта и затягивание сроков строительства. Во-вторых, там был очень, я бы сказал, политизированный менеджмент, который подбирался не по профессиональным, а по политическим соображениям. Скажем, генеральным директором был японский дипломат. И в исполнительную структуру подбирались не специалисты, а представители той или иной страны. Наконец, у них дико разбухли управленческие расходы. Сейчас там наводят порядок, но много времени упущено.

Мы уже сделали из этого выводы и в состав наших комитетов подбираем экспертов мирового класса независимо от страны, которую они представляют. Это самое важное. Иначе вы будете обслуживать только своих политиков, а дело будет стоять.

— Вы уже упомянули лазерную установку в Ливерморе, которая была создана в рамках реализации американского проекта лазерного термояда. Как у них идут дела и когда там можно ждать результатов?

— Два месяца назад руководитель этого проекта Эд Мозес был у нас в Германии, делал большой доклад. А потом мы вечером с ним ужинали, и я, естественно, все эти вопросы ему задал. Хотя надо понимать, что эта установка и весь проект реализуются в основном на деньги военного ведомства. И задачи там стоят в первую очередь, четко направленные на поддержание боеспособности ядерного арсенала США. На симулирование процессов в ядерных зарядах в лаборатории и на развитие мощных суперкомпьютеров.

Памятуя о той осечке, которая вышла с запуском Большого адронного коллайдера (вы помните, сначала его запустили, а через неделю он сломался), американцы решили делать очень осторожные шаги по наращиванию параметров мощности своей установки. Реально они собираются выйти на зажигание, то есть демонстрацию термоядерного взрыва в лаборатории, где-то в конце 2012 года. Получится быстрее — дай-то бог. Если они сумеют это сделать, то, конечно, это будет событием мирового значения и прорывом технологий по всем направлениям. У них там очень большие трудности, они этого не скрывают. Но они вкладывают серьезные средства, и мозги у них хорошие. Проект этот чисто американский. Кстати, в нашем проекте США — только наблюдатели и не вступают в него. Поддерживают своих ученых и группы, которые с нами сотрудничают, но официально к нам не входят.

— ИТЭФу недавно исполнилось 65 лет. Что сейчас кроме участия в международных проектах и вашего нового ускорителя происходит в его научной деятельности?

— ИТЭФ многие десятилетия был и остается действительно уникальным институтом именно по теоретической физике — это наша гордость, слава. Если вы возьмете все наши публикации, посмотрите их цитируемость, то основной, конечно, вклад будет от теоретической физики. Далее у нас есть целая плеяда очень мощных физических лабораторий, которые работают по физике высоких энергий, физике элементарных частиц. Третье направление нашей научной программы, которое я возглавлял до последнего времени, прежде чем взялся за FAIR, связано с ускорителями и с тяжелоионными программами. И наконец, то, что сейчас очень востребовано, — радиационное материаловедение.

— У вас же еще ведутся и медицинские исследования…

— ИТЭФ — самый крупный центр протонной и лучевой терапии в стране. Мы работаем уже лет, наверное, тридцать пять по этой тематике. Есть три кабины, где облучают разные локализации злокачественных образований. Около пяти тысяч больных пролечено. Результат — почти 95 процентов. Безнадежно больные пациенты приходят, два-три раза облучаются и выходят здоровыми.

— ИТЭФ, как и ряд других институтов, вошел в состав Национального Курчатовского центра, вокруг которого в научном сообществе возникла большая дискуссия. Часть академического сообщества считает, что создана закрытая и авторитарно управляемая структура, где непонятно, куда идут деньги.

— Идея научного центра по фундаментальной науке в своей основе правильная. В 2006 году в ИТЭФе (я тогда еще года не проработал в должности директора) прошло историческое совещание, в котором участвовали все директора профильных институтов Академии наук, ОИЯИ и «Росатома». И мы приняли решение разработать государственную программу по фундаментальной науке, которая бы объединила все наши институты. Программу мы представили в Министерство науки, где нам было сказано, что денег нет. А Михаил Валентинович Ковальчук сумел приделать к этой идее деньги. Что касается того, что прозрачная или непрозрачная структура, то у каждого свой стиль руководства, но сейчас у всех участников этого центра есть действительно шанс. Мы же все видим, в каком состоянии находились институты в Протвине, в Гатчине, наш ИТЭФ и так далее. В «Росатоме» открытым текстом нам говорят, что они не могут кормить эти институты. Академия нас не берет, потому что слишком большие затраты, у них тоже нет денег. Куда бедному крестьянину податься? А тут такой шанс.

— Но Ковальчук ведь хочет заниматься не только фундаментальной физикой, он предполагает заниматься в Курчатовском центре и биологией, и науками о мозге, и даже философией.

— Его планы я знаю, они в русле мировых тенденций. Посмотрите, скажем, на Германию. Ядерный центр в Карлсруэ, который был немецким аналогом Курчатовского института, сейчас перепрофилирован как раз на ту тематику, которую двигает Ковальчук: это и биология, и информационные вещи, и нанотехнологии. Дай бог, как говорится, чтобы и у нас все это получилось. Но меня-то, честно говоря, касается больше та часть программы научного центра, которая связана с фундаментальной наукой. А здесь я уверен, что какой мы ее все вместе сделаем, такой она и получится.

Источник: Эксперт, Александр Механик