Новосибірський університет ядерної фізики Інститут Ядерної Фізики (ІЯФ СО РАН)

Інститут ядерної фізики ім.Г.І.Будкера СО РАН – найбільший академічний інститут Росії, один із провідних світових центрів у галузі фізики високих енергій, фізики та техніки прискорювачів, джерел синхротронного випромінювання та лазерів на вільних електронах, фізики плазми та керованого термоядерного синтезу. За багатьма своїми напрямами ІЯФ СО РАН є єдиним у Росії центром.

Інститут створено 1958 року у новосибірському Академмістечку з урахуванням керованої Г.Будкером Лабораторії нових методів прискорення Інституту атомної енергії, очолюваного І.Курчатовим. Академік Г.Будкер був засновником та першим директором інституту. Про те, над якими проблемами працює Інститут сьогодні, агентству "Інтерфакс-Сибір" розповів директор Олександр Скринський.

- Олександре Миколайовичу, якими Ви бачите перспективи інституту в контексті тих змін, які відбуваються зараз в академічній науці?

- Поки що можна говорити про те, що наше фінансування наступного року не зміниться, залишившись на рівні цього року. Історично склалося так, що наш інститут має більше позабюджетного компонента за рахунок контрактів, участі у колабораціях тощо. Наприклад, з 2 млрд. рублів повного бюджету Інституту на 2013 рік пряме бюджетне фінансування склало близько 800 млн. рублів. Решта приходить нам, тому що ми робимо те, що потрібно іншим науковим центрам, переважно зарубіжним, хоча є й російські замовлення. І робимо прикладні речі, що називається, для народного господарства – медицини, безпеки (системи огляду в аеропортах), різних галузей промисловості як для Росії, так і для закордонних споживачів. Ми намагаємося, звичайно, щоб наші прикладні розробки не були якоюсь окремою діяльністю, але природно випливали з того, що ми робимо в галузі фундаментальної науки, тому що для нас центральна лінія – це фізика елементарних частинок та пов'язані з нею питання.

Фундаментальна фізика розвивається тільки тоді, коли ти йдеш незнайомою країною, не пройденим ніким напрямом і робиш, дізнаєшся те, що інші ще не знають у цей момент. Зрозуміло, що майже завжди паралельно хтось займається вирішенням тих самих проблем, можна відстати – але це друге питання.

В ідеалі ми змушені винаходити і освоювати нові технології, щоб підійти до абсолютно нових явищ, які в жодних практичних застосуваннях раніше не вживалися з тієї простої причини, що ці явища не були відкриті.

Наприклад, синхротронне випромінювання, перші штучні джерела якого з'явилися ще в середині минулого століття. З цього часу продовжується покращення можливостей генерування синхротронного випромінювання, підвищення його якості, яскравості, інтенсивності, укорочення довжини хвилі, точніше її регулювання. Сподіваємося, що найближчими роками нам вдасться побудувати нове джерело синхротронного випромінювання покоління, як зараз заведено говорити, "3+". Так само лазер на електронних пучках високої енергії. Він дає когерентне випромінювання, частоту якого можна варіювати, і ми показали, що це можливо. Перша черга лазера була запущена у 2003 році, друга – у 2009 році, і ми сподіваємося, що третю чергу буде запущено найближчим часом. На сьогоднішній день наш лазер на вільних електронах за середньою потужністю випромінювання значно перевершує всі інші джерела когерентного випромінювання у світі в діапазоні довжин хвиль 40-80 та 110-240 мікронів. Спочатку багато хто говорив, що нісенітницею займаємося - втім, так буває майже завжди. Зараз лазер вже знаходить застосування, хоч і не в технології, а в інших галузях науки – біології, геології, хімії. Наприклад, з його допомогою можна розділяти легкі ізотопи, працювати з метаматеріалами тощо.

- Які завдання стоять перед ІЯФ у фундаментальній науці?

Ми хочемо зробити дуже великий крок у підвищенні світності нашого наступного електрон-позитронного колайдера на порівняно низьку енергію – до 5 ГеВ. Продуктивність цього колайдера має бути приблизно в тисячу разів більша, ніж те, що досягнуто на даний момент, більше навіть, ніж у Великого адронного колайдера. Хоча енергія колайдера буде відносно низькою, це дозволить ми сподіваємося дати відповіді на важливі питання, які стоять не тільки перед фізикою елементарних частинок, а й перед космологією. Ці науки, хоч і сильно відрізняються за своїм інструментарієм, але в тому, що стосується розуміння будови матерії, вони необхідні одна одній. Є надія, що російський уряд, знову включивши наш колайдер до наукових мегапроектів, які підтримає держава, про що нещодавно повідомив міністр освіти і науки Дмитро Ліванов, буде послідовним у виконанні цього рішення. Справа в тому, що повна вартість установки складає близько 16 млрд. рублів. За світовими мірками це не так багато, з них близько 15% ми зуміли вкласти за рахунок контрактних робіт, що виконуються для інших центрів, промисловості Росії та інших країн, але повністю реалізувати проект виключно самотужки, звичайно, не можна.

- Стандартна модель встоїть?

Говорячи про Стандартну Моделі (сучасної теорії будови та взаємодій елементарних частинок – ІФ), слід розділити два моменти: її достовірність та повноту. Спочатку про достовірність.

Стандартна Модель має винятково потужну передбачувальну силу. До цих пір, незважаючи на безліч різноманітних експериментів, що мають на меті знайти пряму або опосередковану вказівку на існування відхилень від Стандартної Моделі, виявити ці відхилення на скільки-небудь значному рівні достовірності не вдалося. У цьому сенсі новосибірські експерименти, перш за все, новий наш колайдер ВЕПП-2000, є своєрідним форпостом перевірки Стандартної Моделі - однією з найбільших природничих теорій XX століття.

Однак, що можна стверджувати напевно – у нинішньому вигляді Стандартна Модель як модель, що описує всі фундаментальні взаємодії, неповна. У природі існують явища, наприклад, темна матерія, темна енергія, які не описуються Стандартною Моделлю, і щоб це пояснити, потрібне її розширення (Стандартної Моделі). Попереду – величезний обсяг експериментальної роботи, насамперед – у галузі космології, астрономії та, звичайно, фізики високих енергій.

- Як просувається робота ІЯФ з термоядерного напрямку?

Вкладення в розробку реакторів, заснованих на незамкнених системах утримання плазми, якими займається наш інститут, порівняно з вкладеннями в токамаки (у якому плазма утримується електричним полем у тороїдальній камері – ІФ) у світі набагато менше, тому в цілому воно просунулося скромніше – як за параметрів плазми, за їхньою близькістю до термоядерних параметрів, так і в частині інженерного та технологічного опрацювання такого підходу. В принципі, звичайно, термоядерну реакцію можна отримати і тим, і іншим способом, але основне і найскладніше завдання зробити процес отримання цієї енергії комерційно привабливим, а також технологічно та екологічно прийнятним.

З цієї точки зору комерційний токамак – дуже складна, важка для практичної реалізації технологія, і якщо припустити, що комерційний реактор можна реалізувати на основі незамкнених систем утримання плазми, то це може бути помітно легшим, дешевшим і безпечнішим, ніж токамак.

Важливо відзначити, що цією тематикою займаємося не лише ми, в цьому ж напрямку просувається, наприклад, американська компанія Three Alpha Energy, для якої ми робимо партію потужних атомарних нагрівальних інжекторів мегаватного діапазону.

Наскільки, на Ваш погляд, результат нагрівання та утримання плазми в газодинамічній пастці (ГДЛ), отриманий нещодавно в ІЯФ, наближає перспективу термоядерного реактора на основі, як заведено говорити, "пробкотрону"?

Справді, зовсім недавно, у листопаді цього року на установці ГДЛ при додатковому мікрохвильовому (НВЧ) нагріванні субтермоядерної плазми було досягнуто рекордної величини електронної температури, що склала 400 електрон-вольт (4,5 млн градусів).

Цей прорив за температурою (попередній рекорд становив близько 250 електрон-вольт) став можливим завдяки співпраці з НГУ та Інститутом прикладної фізики РАН (Нижній Новгород) у рамках мегапроекту, яким керує видатний німецький вчений – професор Манфред Тумм (Карлсер). В даний час було задіяно лише одне з розроблених ними джерел мікрохвильового випромінювання, при підключенні другого ми очікуємо подальше просування за параметрами плазми (тобто зростання її температури та часу утримання плазми у пастці - ІФ).

Отриманий результат є важливим кроком на шляху до термоядерної енергетики – він підтверджує можливість створення нейтронних генераторів та реакторів ядерного синтезу на базі відкритих пасток, які найпростіші з інженерної точки зору.

- На вашу думку, суто російський термоядерний проект можливий?

Масштаб і, відповідно, ресурсомісткість такого проекту така, що навіть Америка не береться вирішити це завдання, спираючись лише на внутрішні можливості. Ні по токамак, ні по незамкнених систем. Обидва напрями розвиваються як міжнародні.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor - найбільший міжнародний проект зі створення експериментального термоядерного реактора в Карадаші (Франція) – ІФ), що будується у Франції, наприклад, вже дійсно світовий проект, в якому беруть участь практично всі найбільш розвинені в науково-технічному відношенні країни, в тому числа Росії, США, Японії, країн Європи. Але й розробка відкритих систем утримання плазми також проводиться вже в рамках міжнародних, коопераційних, а не національних проектів. І річ навіть не в тому, що, наприклад, у Америки не вистачить грошей, щоб самим зробити термоядерний реактор. Просто вони, напевно, не хочуть брати на себе весь ризик пройти "поодинці" весь шлях, не будучи впевненим у кінцевому результаті.

Крім того, ті розробки, які, припустимо, є у нас в інституті, США не мають. Тому ми виконуємо для них контрактні роботи, вони використовують наш науково-технічний потенціал для того, щоб просуватися і якнайшвидше отримувати результат. У нас же хоч і є якісь заділи на майбутнє, державних вкладень у незамкнуті системи відсутні, і ми беремося за закордонні замовлення, щоб мати можливість удосконалювати технології, знаходити нові рішення.

- У яких ще міжнародних проектах бере участь інститут?

Триває участь у проекті CERN-LHC, тобто Великому адронному колайдері. Декілька десятків наших дослідників бере участь в експериментах з детекторами ATLAS, LHCb. Ми беремо досить помітну участь у модернізації прискорювального комплексу.

Ми беремо участь у створенні високосвітності В-фабрики, електрон-позитронного колайдера з енергією на рівні 10–11 ГеВ у Японії.

У Німеччині ми беремо участь у двох великих проектах – короткоімпульсний лазер на пучках електронів високої енергії, дуже високої енергії, десятки ГеВ, який будується під Гамбургом. Передбачається, що це буде найпотужніший у світі рентгенівський лазер.

Ще один великий проект у Німеччині – проект FAIR, Facility for Antiprotons and Ions Research, реалізований Центром з вивчення важких іонів імені Гельмгольця у Віксхаузені під Дармштадтом. Це важкоіонний колайдер, у його розробці ми беремо участь близько 15 років.

В обидва проекти в Німеччині вкладені серйозні російські гроші, набагато більше, ніж ІЯФ безпосередньо отримує від нашої держави. На ці гроші нам і ще невеликій кількості російських інститутів замовляються обладнання і для лазера, і для FAIR.

Чому це робиться так, а не безпосередньо – держава вкладає в нас, щоб ми, припустимо, зробили щось для цих проектів, це питання незрозуміле.

ITER влаштований не зовсім так: в ITER російська сторона постачає обладнання, вкладаючи гроші в наші інститути – Курчатовський, наш, деякі інші.

До речі, про Курчатівський науковий центр. Тему можливого об'єднання ІЯФ з ним остаточно знято з порядку денного?

Розмови про об’єднання виникли влітку, коли активно обговорювалася реформа РАН. Тоді РАН за нашою участю запропонувала не відомчу належність інститутів змінювати та об'єднувати різні організації в юридичному сенсі, а повернутися до реалізації державної програми створення установок Mega Science.

Їх свого часу було відібрано шість, у тому числі наш електрон-позитронний колайдер з великою світністю на порівняно низьку енергію.

Нам варіант держпрограми подобається набагато більше, насамперед тому, що у нас йде не лише цей проект, у нас тривають інші роботи. У тому числі і з спецтематики. І взяти це все і злити у щось одне надзвичайно нераціонально, адміністративне об'єднання всіх із усіма – це неправильно. Шкідливі наслідки я бачу в тому, що керівництва, яке все знало б і все розуміло в усіх галузях, у науці не буває. Розвивати якусь область спільно можуть організації, які мають свого роду порозуміння. Вони можуть у цій галузі взаємодіяти з одними організаціями – прикладними, промисловими, а інших областях – з іншими.

- Чи не виникало ідеї під час однієї з реформ, наприклад, поділити ІЯФ на виробництво та власне науку?

- Звичайно, таких ідей було багато, і вони з'являлися на багатьох етапах. Але ми робимо на нашому виробництві, точніше, конструкторсько-виробничому комплексі все наше нове обладнання, яке не можна купити десь, яке нам потрібне і для наших фундаментальних досліджень, і для додатків в інших галузях науки, і для додатків промислового, медичного тощо далі характеру.

Подивіться, у нас було вбито чи майже вбито галузеву науку. Допустимо, можна від'єднати нашу конструкторсько-виробничу частину. І чим вона краще житиме, ніж галузеві інститути, галузеві КБ з виробництвом, набагато масштабнішим, ніж є у нас?

Ми підозрюємо, і досвід показує, що ми вижили і продовжуємо бути цікавими і за кордоном, і всередині країни, і з прикладної точки зору тому, що ми маємо весь ланцюжок – фундаментальні дослідження, прикладні дослідження та розробки, конструкторські можливості та високотехнологічне виробництво.

- Чому прикладні розробки інституту більше затребувані там, ніж у Росії?

До 1990 85-90% нашої продукції, а саме промислових прискорювачів, йшло в Радянський Союз. На цьому була побудована ціла кабельна промисловість, де була потрібна термостійка ізоляція. У наступні роки у заводів зникла можливість взагалі купувати щось нове. Наразі деякі підприємства, які пережили цей час, почали розвиватися, знову почали купувати наше обладнання. Щорічно ми виготовляємо від 10 до 15 прискорювачів (одна така машина коштує від $500 тис. до $2 млн). Нині у нас 20% споживачів – російські. Трохи є споживачів у Казахстані. Звісно, ​​ми готові робити не лише те, що робили 30 років тому, ми готові робити нові речі. Але для цього мають бути замовлення, як було замовлення, наприклад, від електротехнічної промисловості для виробництва термостійкого кабелю. Тоді вони одразу замовили нам 15 прискорювачів – це було приблизно 1970 року. І на цьому фактично виросло наше виробництво, на той момент у нас не було прискорювача, який ми могли б поставити, були проби, окремі напрацювання… Але прискорювача, який працює на високих параметрах, з досить великою енергією, потужністю десятки і сотні кіловат. такого не було. І до того ж треба було, щоб це працювало не у нас, а на заводі, у людей, які, можливо, нічого не розуміють у фізиці, щоб це працювало не день і не місяць.

Багато наших прискорювачів пропрацювали по 20 років, іноді в нас замовляли запчастини, а переважно заводи їх експлуатували самі. Потім це пішло за кордон, переважно, до Китаю. Ось із Китаєм зараз і виникла деяка проблема. Перше, що вони роблять, коли у них з'являються нові пристрої, наші нові машини, і не тільки наші, напевно, максимально суворо їх копіюють. На те, щоб освоїти прискорювачі типу ЕЛВ, наймасовішого, вони пішли близько 15 років. Зараз у Китаї прискорювачів працює більше, ніж будь-коли працювало в СРСР та в Росії – близько 50. Поки що вони купують прискорювачі і у власних виробників, і у нас – приблизно один до одного. Через деякий час вони нас витіснять, звичайно, зі старими прискорювачами з Китаю. Але вони намагаються вийти на індійський ринок. У Корею їм вийти складніше, тому що ми виробляємо прискорювачі разом із Samsung. Вони використовуються як у самій Кореї, так і поставляються до Китаю. Взагалі кажучи, Китай великий, і ті, хто звик до наших машин, начебто тримаються за нас. Але це не може тривати вічно, нам потрібно розвиватись, йти вперед. Нам потрібна, звичайно, революція в технологіях, частково вони у нас намічаються, але поки що споживачів російських майже немає. Розраховувати на те, що закордонний споживач профінансує розробку, не доводиться, вони можуть купити готове обладнання.

Припустимо, російські діячі дійсно дбають про те, щоб розвивалася наука, технології на базі науки тощо. Припустимо, що так і є. Зараз часто міркують так: ось ми (країна) відстаємо в такій галузі техніки, технології в силу різних причин. Давайте туди вкладати гроші. Як правило, це порожня справа, тобто виходить бездонна бочка, тому що якщо в тебе немає кваліфікованого і звикли працювати і отримувати результат колективу, результату і не буде. Або інша міркування – давайте все закупимо, всю технологію, привеземо сюди і будемо робити все, що потрібно. Також практично не працює, тому що отримати передову технологію практично неможливо. Це все технології 15-20-річної давності. Те, над чим працюють за кордоном на передньому краї, цього нас, звичайно, не пустять. Тому правильно підтримувати у своїй країні ті групи, організації, які вже сьогодні видають результати цікаві й світовій спільноті, за якими – і позитивна історія, і позитивний стан, тобто вони передові у світовому масштабі. І вкладати гроші потрібно в такі організації, віддача буде негайною та гарантованою.

Поки що проривні технології, наприклад, у нас в інституті, той самий лазер на електронних пучках, створюються на зароблені нами гроші, а не тому, що держава замовила і профінансувала нам розробку, чи доручила зробити, чи підтримала наш почин. Ми, розуміючи, що це буде колись затребуваним у Росії, побудували його самі. Аналогічно було збудовано й електрон-позитронний колайдер ВЕПП-2000 – ми нічого не отримували від держави на фундаментальну науку в цьому плані. На сьогодні ті кошти, що виділяються державою на науку, не покривають у нашому Інституті зарплату, комуналку тощо. Як ситуація розвиватиметься далі, сказати складно.
interfax-russia.ru

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії

Інститут ядерної фізики ім. Р. І. Будкера СО РАН - інститут, створений 1958 року у Новосибірському Академмістечку з урахуванням лабораторії нових методів прискорення Інституту атомної енергії, очолюваного І. У. Курчатовим. ІЯФ – найбільший інститут РАН. Загальна кількість співробітників інституту становить приблизно 2900 осіб. Серед наукових співробітників інституту 5 дійсних членів Російської Академії наук, 6 членів-кореспондентів РАН, близько 60 докторів наук, 160 кандидатів наук. ІЯФ виконав досить значний обсяг робіт для Великого адронного колайдера в CERN.

З цього все почалося: ВЕП-1 (Зустрічні Електронні Пучки)
Перший у світі колайдер, збудований у 1963 році для вивчення можливостей їх використання в експериментах з фізики елементарних частинок. ВЕП-1 – єдиний за всю історію колайдер, у якому пучки циркулювали та стикалися у вертикальній площині.

Зараз у ІЯФ СО РАН функціонують два прискорювачі: ВЕПП-4 та ВЕПП-2000.
Електрон-позитронний колайдер ВЕПП-2000, розробка якого розпочалася також у 2000 році, став свого роду молодшим братом Великого адронного колайдера. Якщо енергія частинок в європейському колайдері досягала 100 гігаелектронвольт на пучок (сумарна енергія - 200 гігаелектронвольт), то сибірський колайдер рівно в 100 разів слабший - 2000 мегаелектронвольт або 2 гігаелектронвольти.

Одне з основних завдань нового колайдера – з максимально високою точністю виміряти параметри анігіляції електрон-позитронної пари в адрони – мезони та баріони. Позитрон і електрон - частка і античастка - при зіткненнях можуть анігілювати, повністю перетворюючись на електромагнітне випромінювання. Проте за деяких енергіях ці зіткнення можуть породжувати інші частки - які з двох (мезони) чи трьох кварків (баріони - протони і нейтрони).
Внутрішня будова протонів та нейтронів досі вивчена не до кінця.

Миттєве охолодження для ніг за допомогою азоту.

Мені сказали, що на даний момент це один із найпотужніших у світі магнітів.

Управління ВЕПП-2000

Прискорювальний комплекс ВЕПП-4 є унікальною установкою для проведення експериментів із зустрічними електрон-позитронними пучками високих енергій. Комплекс ВЕПП-4 включає інжектор (енергія пучка до 350 МеВ), накопичувач ВЕПП-3 (до 2 ГеВ) і електрон-позитронний колайдер ВЕПП-4М (до 6 ГеВ).

Колайдер ВЕПП-4М із універсальним детектором елементарних частинок КЕДР призначений для експериментів із фізики високих енергій.

На ВЕПП-4М реалізовано систему вимірювання енергії частинок методом резонансної деполяризації з відносною похибкою до 10-7, не досягнутою в жодній іншій лабораторії світу. Така методика дозволяє вимірювати маси елементарних частинок з надзвичайно високою точністю.

В останні роки метою більшості експериментів є прецизійний вимір мас елементарних частинок.

Крім фізики високих енергій, на комплексі ВЕПП-4 проводять дослідження з використанням виведених пучків синхротронного випромінювання. Основні напрями – матеріалознавство, вивчення вибухових процесів, археологія, біологія та медицина, нанотехнології тощо.

На установках комплексу ВЕПП-4 проводять дослідження понад 30 російських та зарубіжних організацій, у тому числі інститути РАН з Новосибірська, Єкатеринбурга, Красноярська, Томська, Санкт-Петербурга, Москви та ін, а також зарубіжні інститути з Німеччини, Франції, Італії, Швейцарії , Іспанії, США, Японії та Південної Кореї.

Периметр ВЕПП-4м складає 366 метрів.

Його півкільця проходять під землею

На накопичувачі ВЕПП-3 проводяться експерименти з ядерної фізики на внутрішній газовій мішені, яка є рекордним за інтенсивністю струменем газу (дейтерію або водню), що вводиться безпосередньо у вакуумну камеру накопичувача.

Довжина накопичувача ВЕПП-3 складає 74.4 м, енергія інжекції 350 МеВ, максимальна енергія 2000 МеВ

Основні напрями роботи ВЕПП-3 в даний час це накопичення та інжекція електронів і позитронів в колайдер ВЕПП-4М, робота в якості джерела синхротронного випромінювання та експерименти з внутрішньою газовою мішенню з розсіювання електронів на поляризованих дейтронах.

Накопичувач-охолоджувач інжекційного комплексу.

Установка ГДЛ (газодинамічна пастка) є стендом для експериментального вивчення важливих фізичних проблем, пов'язаних із утриманням термоядерної плазми довгих магнітних системах відкритого типу. Серед досліджуваних питань фізика поздовжніх втрат часток та енергії, рівновага та магнітогідродинамічна стійкість плазми, мікронестійкості.

Експерименти на установці ГДЛ відповіли на кілька класичних питань фізики гарячої плазми.

Нині встановлення ГДЛ модернізується. Ціль модернізації - використовувати для нагрівання плазми потужні атомарні інжектори нового покоління. Такі інжектори згідно з розрахунками дають можливість отримати рекордні параметри гарячої плазми, що дозволить провести низку експериментів щодо детального вивчення фізики утримання та нагрівання плазми з параметрами, характерними для термоядерних реакторів майбутнього.

Багатопробкова пастка плазми ГОЛ-3.
На установці ГОЛ-3 проводяться експерименти щодо вивчення взаємодії плазми з поверхнею. Ціль цих експериментів - вибір оптимальних конструкційних матеріалів для елементів термоядерного реактора, що знаходяться в контакті з гарячою плазмою.

Установка ГОЛ-3 є соленоїдом, на яку надіто безліч котушок (110 штук), що створюють усередині трубки потужне магнітне поле. Перед роботою установки вакуумні насоси відкачують з трубки повітря, після чого всередину інжектується атоми дейтерію. Потім вміст трубки потрібно нагріти до десятків мільйонів градусів, пропускаючи пучок заряджених частинок.

Нагрів протікає у дві стадії - завдяки електричному заряду досягається попереднє нагрівання до 20 тисяч градусів, а потім "впорскуванням" пучка електронів йде нагрівання до 50-60 мільйонів градусів. У цьому стані плазма утримується лише частки секунд - цей час прилади знімають показання для подальшого аналізу.

Весь цей час, на котушки подається напруга, що утворює в них магнітне поле близько п'яти тесла.
Таке сильне поле, підкоряючись фізичним законам, прагне розірвати котушки на частини, і для запобігання цьому вони скріплені сталевими міцними кріпленнями.

Всього за день буває по кілька "пострілів", що споживають близько 30 МгВт електричної потужності на кожен. Ця енергія надходить від Новосибірської ГЕС окремою мережею.

Встановлення ЛСЕ у сусідньому з ИЯФом інституті хімічної кінетики та горіння.
Лазери на вільних електронах і двох вузлів - ондулятора і оптичного резонатора.
Ідея така - пучок електронів пролітає через секцію зі знакозмінним магнітним полем. Під дією цього поля електрони змушені летіти не прямою, а якоюсь синусоїдальною, хвилеподібною траєкторією. Здійснюючи цей рух, релятивістські електрони випромінюють світло, яке по прямій потрапляє в оптичний резонатор, всередині якого - божевільний вакуум (10-10 міліметрів ртутного стовпа).

На протилежних кінцях труби - два масивні мідні дзеркала. На шляху від дзеркала до дзеркала і назад світло набирає пристойну потужність, частина якої виводиться до споживача. Електрони, що віддали енергію в електромагнітне випромінювання, розвертаються через систему поворотних магнітів, повертаються в ВЧ-резонатори і там гальмуються.

Користувальницькі станції, яких сьогодні шість, знаходяться на другому поверсі будівлі за межами прискорювального залу, де під час роботи ЛСЕ перебувати не можна. Випромінювання виводиться нагору трубами, заповненими сухим азотом.

Зокрема, випромінювання цієї установки використано біологами розробки нового методу дослідження складних молекулярних систем.

Для хіміків відкривається можливість дуже економного з енергетичного погляду управління реакціями. Фізики займаються дослідженням метаматеріалів - штучних матеріалів, які мають у певному діапазоні довжин хвиль негативним показником заломлення, стаючи повністю невидимими тощо.

Як видно з "дверцята", будівля має, напевно, 100-кратний запас міцності з радіаційного захисту.

З усіх питань щодо використання фотографій пишіть на електронну пошту.

"Принцип колайдера простий - щоб зрозуміти, як влаштована річ, її треба розламати. Щоб дізнатися, як влаштований електрон, його теж треба розламати. Для цього вигадали машини, в яких електрони розганяються до колосальних енергій, стикаються, анігілюють і перетворюються на інші частки. Це ніби два велосипеди зіткнулися, а роз'їхалися автомобілі", - розповідає Гольденберг.

Після численних поворотів, переходів і сходів можна вийти до панно, на якому намальовані кільця колайдерів, що діють сьогодні, ВЕПП-3 (побудований в 1967-1971 роки) і ВЕПП-4М (ВЕПП-4 побудований в 1979 році, модернізований на початку 90-х) . За словами Гольденберга, периметр ВЕПП-3 становить 74 м, а ВЕПП-4М - 360 м. "Чим більше накопичувач, тим більше енергії він може вкачати. ​​Це не означає, що один прискорювач кращий, а інший гірший, просто на них можна дивитися різну фізику та ставити різні експерименти", - пояснив фізик. Роботою колайдерів керують із пультової, туди відвідувачів не пускають. За оцінками співробітників, параметри роботи прискорювачів контролюють приблизно 30 осіб.

В одному із підземних бункерів проводять експерименти з пучками. Борис Гольденберг повідомив, що прямо зараз за свинцевою стіною працює ВЕПП-4М, у якому частки описують кола розміром зі стадіон. Побачити коллайдер на власні очі, звичайно ж, не вийшло. "У накопичувачі смертельні дози [радіації], там не можна перебувати. Ми від нього захищені метровою стіною та коридором, всі канали [з нього] виведені та обтиснуті свинцем, все це захищено", - заспокоїв фізик.

Установки, з якими вчені працюють у бункері, називаються станціями – усередині кожної знаходиться експериментальне обладнання. Розігнані колайдером частинки фізики можуть використовувати, здається, будь-де. Наприклад, стабільне джерело випромінювання дозволяє калібрувати детектори для космічних телескопів. Тут же можна просвітити щільний граніт, щоб знайти в ньому алмази. Рентгенівська томографія і рентгенівська мікроскопія зразків виходить у 50 разів чіткіше, ніж, наприклад, на медичних апаратах. Одна з останніх розробок вчених – щадний спосіб боротьби з раком. У цьому експерименті заражених мишей опромінюють сітчастим пучком, а не суцільним - так здорові тканини не страждають.

Найактуальніший проект для сьогодні – робота над новим прискорювачем частинок. Зараз інститут сам фінансує роботи та за 10 років вклав у проект близько 2 млрд руб. На території інституту вже готова чверть тунелю для підземної частини прискорювача, коло якого становитиме 800 м. Директор Павло Логачов оцінював загальну вартість проекту приблизно 34 млрд руб. Вчені припускають, що цей електрон-позитронний колайдер зможе відкрити світові "нову фізику".

Наталія Гредіна

June 6th, 2016

60 знімків | 12.02.2016

У лютому, у рамках днів науки в новосибірському Академмістечку, сходив на екскурсію до ІЯФу. Кілометри підземних переходів, прискорювачі елементарних частинок, лазери, генератори плазми та інші чудеса науки у цьому репортажі.

Інститут ядерної фізики ім. Г.І. Будкера (ІЯФ СО РАН) - найбільший академічний інститут країни, один із провідних світових центрів у галузі фізики високих енергій та прискорювачів, фізики плазми та керованого термоядерного синтезу. В інституті проводяться великомасштабні експерименти з фізики елементарних частинок, розробляються сучасні прискорювачі, інтенсивні джерела синхротронного випромінювання та лазери на вільних електронах. Здебільшого Інститут є єдиним у Росії.

Перші прилади, які зустрічає відвідувач прямо в коридорі інституту, це резонатор та поворотний магніт із ВЕПП-2М. Сьогодні музейні експонати.
Такий вигляд має резонатор. По суті, це прискорювач елементарних частинок.

Установка із зустрічними електрон-позитронними пучками ВЕПП-2М почала працювати з 1974 року. До 1990 року вона кілька разів модернізувалася, було покращено інжекційну частину та встановлено нові детектори для проведення експериментів з фізики високих енергій.

Поворотний магніт, що відхиляє пучок елементарних частинок для проходження кільцем.

ВЕПП-2М – один із перших колайдерів у світі. Автором новаторської ідеї зіштовхувати зустрічні пучки елементарних частинок був перший директор Інституту ядерної фізики СО РАН – Г. І. Будкер. Ця ідея стала революцією у фізиці високих енергій та дозволила експериментам вийти на принципово новий рівень. Нині цей принцип використовується в усьому світі, зокрема на Великому адронному колайдері.

Наступна установка – прискорювальний комплекс ВЕПП-2000.

Колайдер ВЕПП-2000 - сучасна установка із зустрічними електрон-позитронними пучками, побудована в ІЯФ СО РАН на початку 2000-х років замість кільця ВЕПП-2М, що успішно завершив фізичну програму. Новий накопичувач має ширший діапазон енергій від 160 до 1000 МеВ в пучку, і на порядок вищу світність, тобто кількість цікавих подій за одиницю часу.

Висока світність досягається використанням оригінальної концепції круглих пучків, що зіштовхуються, вперше запропонованої в ІЯФ СО РАН і застосованої на ВЕПП-2000. У місцях зустрічі пучків розташовані детектори КМД-3 та СНД. Вони реєструють різноманітні процеси, що відбуваються при анігіляції електрона з його античастинкою - позитроном, такі як народження легких мезонів або нуклон-антинуклонних пар.

Створення ВЕПП-2000 із застосуванням цілого ряду передових рішень у магнітній системі та системі пучкової діагностики у 2012 році було відзначено престижною в галузі фізики прискорювачів Премією ім. Векслер.

Пультова ВЕПП-2000. Звідси здійснюється керування установкою.

Крім комп'ютерної техніки, для моніторингу та управління установкою використовуються і такі приладові шафи.

Тут наочно, на лампочках.

Пройшовши не менше кілометра коридорами інституту, ми потрапили на станцію синхротронного випромінювання.

Синхротронне випромінювання (СІ) виникає при русі високоенергетичних електронів у магнітному полі в прискорювачах.

Випромінювання має ряд унікальних властивостей і може бути використане для досліджень речовини та в технологічних цілях.

Найбільш яскраво властивості СІ проявляються в рентгенівському діапазоні спектра, прискорювачі-джерела СІ найяскравіші джерела рентгенівського випромінювання.

Окрім суто наукових досліджень, СІ використовується і для прикладних завдань. Наприклад, розробка нових електродних матеріалів літій-іонних акумуляторів для електромобілів або нових вибухових речовин.

У Росії існує два центри з використання СІ - Курчатовське джерело СІ (КІСІ) та Сибірський центр синхротронного та терагерцового випромінювання (СЦСТІ) ІЯФ СО РАН. У Сибірському центрі використовуються пучки СІ з накопичувача ВЕПП-3 та з електрон-позитронного колайдера ВЕПП-4.

Ось ця жовта камера – станція "Вибух". У ній досліджують детонацію вибухових речовин.

Центр має розвинену приладову базу для проведення пробопідготовки та супутніх досліджень.У центрі працює близько 50 наукових груп з інститутів Сибірського наукового центру та із сибірських університетів.

Установка завантажена експеременат дуже щільно. Робота не припиняється тут навіть уночі.

Переходимо до іншого корпусу. Приміщення із залізними дверима та написом "Не входити радіація" - нам сюди.

Тут знаходиться прототип прискорювального джерела епітеплових нейтронів, придатного для широкого впровадження борнейтрозахватної терапії (БНЗТ) в клінічну практику. Простіше кажучи, це прилад для боротьби з раком.

У кров людини вводиться розчин, що містить бор, і бір накопичується в ракових клітинах. Потім пухлину опромінюють потоком епітеплових нейтронів, ядра бору поглинають нейтрони, відбуваються ядерні реакції з великим енерговиділенням, внаслідок чого хворі клітини гинуть.

Методика БНЗТ перевірена на ядерних реакторах, які використовувалися як джерело нейтронів, але впровадження БНЗТ у клінічну практику на них важко. Для цих цілей більше підходять прискорювачі заряджених частинок, тому що вони компактні, безпечні та забезпечують кращу якість нейтронного пучка.

Нижче ще кілька знімків із цієї лабораторії.

Складається повне враження, що потрапив до цеху великого заводу типу .

Тут розробляється та виготовляється складне та унікальне наукове обладнання.

Окремо слід зазначити підземні переходи інституту. Не знаю точно, скільки їхня загальна довжина, але думаю пара-трійка станцій метро тут запросто б помістилися. Несвідомій людині в них дуже легко заблукати, проте співробітники можуть потрапити з них практично в будь-яке місце величезної установи.

А ми потрапили на установку "Гофрована пастка" (ГОЛ-3). Вона відноситься до класу відкритих пасток для утримання субтермоядерної плазми у зовнішньому магнітному полі.Нагрів плазми на установці здійснюється за допомогою інжекції релятивістських електронних пучків попередньо створену дейтерієву плазму.

Установка ГОЛ-3 складається з трьох частин: прискорювача У-2, основного соленоїда та вихідного вузла. У-2 витягає з вибухоемісійного катода і прискорює стрічковий діод електрони до енергії порядку 1 МеВ. Створений потужний релятивістський пучок стискується та інжектується в основний соленоїд, де в дейтерієвій плазмі виникає великий рівень мікротурбулентності та пучок втрачає до 40% своєї енергії, передаючи її електронам плазми.

У нижній частині установки знаходиться основний соленоїд та вихідний вузол.

А на верхній – генератор електронного пучка У-2.

На установці проводяться експерименти з фізики утримання плазми у відкритих магнітних системах, фізики колективної взаємодії електронних пучків із плазмою, взаємодії потужних плазмових потоків з матеріалами, а також відпрацювання плазмових технологій для наукових досліджень.

Ідея багатопробкового утримання плазми запропонована в 1971 р. Г. І. Будкером, В. В. Мирновим та Д. Д. Рютовим. Багатопробкова пастка - це набір з'єднаних пробкотронів, що формують гофроване магнітне поле.

У такій системі заряджені частинки розбиваються на дві групи: захоплені в одиночних пробкотронах і пролітні, що потрапили в конус втрат одиночного пробкотрона.

Установка велика і звичайно, про всі її вузли і деталі знають тільки вчені, що працюють тут.

Лазерна установка ГОС-1001.

Дзеркало, що входить до складу установки, має коефіцієнт відображення, близький до 100%. Інакше воно нагріється і лусне.

Останньою в ексурсії, але, мабуть, найбільш вражаючою стала Газодинамічна пастка (ГДЛ). Мені, людині далекої від науки, вона нагадала якийсь космічний корабель у складальному цеху.

Установка ГДЛ, створена Новосибірському інституті ядерної фізики в 1986 року, належить до класу відкритих пасток і служить утримання плазми в магнітному полі. Тут проводяться експерименти на тему керованого термоядерного синтезу (УТС).

Важливою проблемою УТЗ на основі відкритих пасток є термоізоляція плазми від торцевої стінки. Справа в тому, що у відкритих пастках, на відміну від замкнутих систем типу токамак або стеларатор, плазма витікає з пастки і потрапляє на плазмоприймачі. При цьому холодні електрони, емітовані під дією потоку плазми з поверхні плазмоприймача, можуть проникати назад у пастку та сильно охолоджувати плазму.

В експериментах з вивчення поздовжнього утримання плазми на установці ГДЛ було експериментально показано, що магнітне поле, що розширюється, за пробкою перед плазморіємником в торцевих баках - розширювачах перешкоджає проникненню холодних електронів у пастку і ефективно термоізолює плазму від торцевої стінки.

В рамках експериментальної програми ГДЛ ведеться постійна робота щодо підвищення стійкості плазми, зменшення та придушення поздовжніх втрат плазми та енергії з пастки, дослідженню поведінки плазми в різних умовах роботи установки, підвищенню температури мішеної плазми та щільності швидких частинок. Установка ГДЛ оснащена найсучаснішими засобами діагностики плазми. Більшість із них розроблено в ІЯФ і навіть поставляється за контрактами для інших плазмових лабораторій, у тому числі зарубіжних.

Лазери в ІЯФ скрізь і тут також.

Отака була екскурсія.

Висловлюю подяку Раді молодих учених ІЯФ СО РАН за організацію екскурсії та всім співробітникам ІЯФ, які показали та розповіли, чим і як зараз займається інститут. Особливу подяку хочу висловити фахівцю зі зв'язків із громадськістю ІЯФ СО РАН Аллі Сковородіною, яка безпосередньо брала участь у роботі над текстом цього репортажу. Також дякую моєму товаришу Івану