«Если не вкладывать в разработки, у общества нет перспектив»: сибирские академики о мегапроектах и синхротроне

© ria.ru Фрагмент синхротрона
«Если не вкладывать в разработки, у общества нет перспектив»: сибирские академики о мегапроектах и синхротроне
28 Фев 2018, 05:58 Во время визита Владимира Путина в Академгородок академики предложили реализовать в Новосибирске крупный проект — Центр синхротронного излучения. Что это за центр, зачем он нужен для развития российской науки, Тайге.инфо рассказали руководители Института ядерной физики СО РАН Павел Логачёв и Института катализа СО РАН Валерий Бухтияров.

Тайга.инфо: В ходе визита Владимира Путина в Академгородок из уст академика Пармона прозвучало предложение создать в Новосибирске Центр коллективного пользования синхротронным излучением. В связи с этим вопрос: почему именно синхротронное излучение? Чем оно отличается от других излучений? И насколько этот проект можно считать мегапроектом? Аналоги же существуют в мире, а мы привыкли под мегапроектами понимать что-то типа «первой атомной бомбы», «первой ракеты в космос» и так далее.

Логачёв: Источник синхротронного излучения — это уникальный источник. Невозможно получить излучение с такими параметрами другими способами. Оно обладает очень широким спектром, из которого можно выделять нужные длины волн, и обладает огромной яркостью (то есть, плотностью излучения). Вы можете с его помощью рассматривать очень маленькие объекты и фиксировать очень тонкие изменения в структуре вещества и материалов. Более того, вы можете фиксировать изменения этой структуры в наносекундном диапазоне времени. Это позволяет снимать фактически «кино» о химических реакциях и быстрых физических процессах в материалах. Часто это позволяет получить принципиально новые знания о материалах, узнать их новые качества, а также понять суть происходящего в сложных химических реакциях.

Тайга.инфо: Я правильно понимаю, что речь идет о рентгеновском излучении?

Логачёв: Речь идет и о рентгеновском излучении, и о вакуумном ультрафиолете. Все зависит от конкретной задачи. Спектр синхротронного излучения очень широкий. В этом и особенность: и яркость, и мощность его достаточны, чтобы проводить широчайший круг экспериментов. Например, в области структуры белков и вообще молекулярной биологии около половины Нобелевских премий за последние двадцать лет были получены благодаря использованию синхротронного излучения.

138926

Тайга.инфо: То есть это в первую очередь дает возможность для развития физики материалов?

Логачёв: Это дает возможность развиваться широкому кругу наук. Пользу получают историки-археологи и геологи разных специальностей, химики, биологи и биохимики, медики, фармкомпании, материаловедческие институты. В общем, у синхротронного излучения очень широкий спектр заказчиков. Здесь могут быть как технологии, так и фундаментальные научные исследования, которые проводятся на одной и той же инфраструктуре.

Тайга.инфо: Что значит «центр коллективного пользования»? «Коллективное» — это как?

Логачёв: Это означает, что центр предоставляет возможности для научных исследований очень широкому кругу специалистов и организаций в стране и за рубежом. Так или иначе, все эти центры международные.

Тайга.инфо: Правильно я понимаю, что это будет один большой синхротрон, на котором на разных участках будут камеры для исследований?

Логачёв: Да, из которых будет выходить сорок каналов вывода излучения. Это излучение может иметь разные характеристики в зависимости от задачи. Но я хочу ответить сразу на второй очень важный вопрос относительно новизны этого источника (синхротронного излучения) и его позиции в мировом масштабе и мировой шкале таких источников. Этот источник будет иметь не максимальную для лучших современных источников СИэнергию — 6 ГэВ, а будет иметь энергию масштаба 3 ГэВ (ГэВ, или гигаэлектронвольт — единица измерения энергии электронов в пучках; идентична энергии, которую получает электрон, разогнанный полем с напряжением миллиард вольт — прим. Тайги. инфо). Это существенно влияет на стоимость. Точно в полтора–два раза ее уменьшает по сравнению с большой машиной шести ГэВной (очень жесткий рентген). Но в то же время этот источник покрывает более 80% задач, которые вообще ставятся перед синхротронным излучением. Мы предприняли экстраординарные меры и дали новые этюдные физические и технические решения, которые сейчас находятся за передним краем науки. То есть мы двигаем этот передний край дальше на этой относительно маленькой машине.

Мы предприняли экстраординарные меры и дали новые этюдные физические и технические решения, которые сейчас находятся за передним краем науки

Тайга.инфо: Вы уже знаете эти решения?

Логачёв: Надо сказать, что мы (Институт ядерной физики) и наши научные школы являются сегодня одними из лидеров в этих самых решениях для генерации синхротронного излучения. Если вы посмотрите всю историю развития синхротронного излучения, то физики, до сих пор работающие у нас, являлись и продолжают являться законодателями мод в этой области науки. В создании оптики, которая позволяет получить очень маленькие и очень яркие источники. Это естественно, потому что маленький размер пучка нужен в коллайдерах (ускорители, в которых пучки частиц с околосветовой скоростью летают в вакууме по кольцу, сталкиваясь друг с другом в определенных точках на радость физикам-ядерщикам — прим. Тайги. инфо), чтобы обеспечить производительность и высокую светимость установки — то есть количество столкновений электронов и позитронов в секунду. Похожую задачу нужно решать и для генерации синхротронного излучения, которое появляется при работе коллайдеров.

Тайга.инфо: То есть, оно появилось как побочный эффект коллайдера?

Логачёв: Да.

Тайга.инфо: А теперь развивается в отдельное направление?

Логачёв: Да. И поскольку мы коллайдеры двигаем еще дальше, то владеем всеми методиками, которые применяются при их создании. И применяем их.

Тайга.инфо: Я правильно понимаю, что ИЯФ делал для CERN магниты?

Логачёв: ИЯФ делал много всего для CERN. И ИЯФ для Большого адронного коллайдера (самый большой в мире ускоритель, на котором был открыт бозон Хиггса, последнее по времени крупное фундаментальное открытие в физике элементарных частиц — прим. Тайги. инфо) сделал больше, чем какая-либо другая компания или организация в мире. Мы сделали оборудование примерно на 200 миллионов швейцарских франков! Ни одна другая организация столько оборудования не сделала.

139145

Бухтияров: Я бы хотел добавить. На самом деле, Институт ядерной физики постоянно занимается разработкой электронных компонентов для электронно-лучевых и синхротронных источников. Я очень активно использую возможности берлинского источника синхротронного излучения. Там, когда вы заходите на сам источник, везде висят плакаты-схемы используемого оборудования, на которых подписано «BINP» (Budker Institute of Nuclear Physics) (то есть ИЯФ — прим. Тайги. инфо). И это означает, что все эти компоненты, которые стоят не только на берлинском, но и на других (ESRF во Франции, Spring-8 в Японии) источниках синхротронного излучения, сделаны Институтом ядерной физики СО РАН. Поэтому никаких сомнений в том, что ИЯФ может сам сделать такой источник, нет.

Тайга.инфо: То есть, Институт ядерной физики делал это для других, а теперь предлагает сделать то же самое для нас?

Логачёв: Да. Но не то же самое, а лучше — сделать следующий шаг! Это очень важно.

Бухтияров: Когда мы готовились к тому, что будет встреча с Путиным, мы обсуждали, как более точно донести наше предложение. Ведь надо было продемонстрировать, что это не просто новая задача для Института ядерной физики, а междисциплинарный проект, в котором будут задействованы около десяти институтов Новосибирского научного центра, которые будут не только пользователями, но и создателями всего центра исследований с использованием синхротронного излучения. Основная задача ИЯФ — сделать сам источник синхротронного излучения и помочь нам с проработкой тех самых каналов вывода излучения, о которых говорит Павел Владимирович.

Валерий Бухтияров

На самом деле, мотивацией к созданию синхротронных источников во всех странах служит возможность его использования для передовых исследований в областях химии, физики, биологии и медицины, в конце концов. Синхротронное излучение за счет широкого спектра и возможности перестраивать длину волны создает совершенно уникальные возможности изучения структуры химических и биологических объектов и исследования быстропротекающих процессов. Это означает, что непосредственно в ходе протекания химической реакции (режим, обозначаемый термином «insitu») можно изучать процессы активации и трансформации активных центров катализатора. Если у вас нет синхротронного излучения, вы таких исследований не проведете — и не будете знать, как катализатор поведет себя в ходе каталитического процесса.

Тайга.инфо: То есть вслепую не проведешь исследование?

Бухтияров: Реально вслепую. Извиняюсь, но попиарю создателя нашего института Георгия Константиновича Борескова. Он в семидесятые–восьмидесятые годы прошлого столетия выдвинул концепцию о воздействии реакционной среды на катализатор. Декларировал и показывал на том уровне возможностей, которые тогда были, что это действительно единая система: среда и катализатор. Катализатор меняет реакционную среду, реакционная среда меняет катализатор. Если мы хотим действительно понимать, как протекают химические, а затем и биологические процессы, мы должны исследовать соответствующие системы в режиме «insitu». А без синхротрона это реально сделать очень трудно.

стало понятно, что без такого крупного междисциплинарного проекта затруднительно дальнейшее развитие фундаментальной науки

Тайга.инфо: Разве это излучение не разрушает объект изучения?

Бухтияров: Хороший вопрос. Да, действительно использование синхротрона имеет два аспекта. С его помощью можно наблюдать за процессом, а можно и воздействовать на процесс. Для ряда исследований важно именно воздействие синхротронного излучения на объект. Мы же стараемся сделать так, чтобы это был все же метод измерения. Очень высокоэнергетический синхротрон нам как химикам часто и не нужен, потому что он может воздействовать на объект, а нам это не нужно.

Тайга.инфо: Уже понятно, кто станет первыми пользователями синхротронного излучения?

Бухтияров: Когда стало понятно, что без такого крупного междисциплинарного проекта затруднительно дальнейшее развитие фундаментальной науки, мы начали серии семинаров по разным институтам. С инициативой выступил Институт ядерной физики, прошли семинары в институтах катализа, неорганической химии, твердого тела и механохимии. Именно в тех институтах, которые уже можно назвать квалифицированными пользователями синхротронного излучения. Не только моя лаборатория, но и в целом сотрудники Института катализа эксплуатировали синхротроны по всему миру, начиная с Америки и заканчивая Японией. Мы подаем заявки, выигрываем экспериментальное время, как правило от нескольких дней до недели (бывает две недели, но это уже очень исключительный случай).

Обычно, нам назначают время, скажем, третью неделю года или пятьдесят вторую. Вы приезжаете со своими сотрудниками, со своим оборудованием, со своими объектами, и проводите неделю экспериментальных работ. В лучшем случае раз в полгода. Всё! Потом забираете результаты с собой, привозите домой, обрабатываете, пишете статьи, если это фундаментальные исследования, или делаете какие-то выводы о технологических процессах. Это работает во всём мире. Но я хочу сказать, что получить время на источнике синхротронного излучения очень непросто. Не потому, что мы из России, а потому, что загрузка всех синхротронов очень серьезная! И очень часто на востребованных станциях получает время только каждый десятый проект. И неважно, Россия это, Швейцария или Германия.

Тайга.инфо: А это дорогое удовольствие?

Бухтияров: Дорогое. Но время дают бесплатно после того, как вы его выиграли по конкурсу. На самом деле, здесь происходит обмен идеями. Почему, например, немцы заинтересованы в эксплуатации синхротрона в таком международном режиме? Чтобы идея выиграла, мы должны очень подробно ее расписать. А они видят эту идею уже описанной, у них по этому поводу рождаются свои идеи. Ведь обмен идеями — это как раз и есть то, что движет всю мировую науку, если честно.

Тайга.инфо: Почему центр синхротронного излучения имеет смысл строить именно в Новосибирске? И насколько это согласуется с проектом центра синхротронного излучения в Протвино?

Бухтияров: Выбор Новосибирска вполне логичен. Здесь есть Институт ядерной физики, который может создать сам источник, и есть очень много действительно продвинутых пользователей, которые могут стать ответственными за станции. И если мы создадим проект синхротрона вместе с пользовательскими станциями (а это надо делать вместе, на начальном этапе), можно работу распараллелить. Институт ядерной физики занимается синхротроном с возможностью вывода излучения под те задачи, которые мы согласовываем с пользователями. Из первых десяти станций первой очереди Институт катализа готов взяться за две. Я знаю, что за одну станцию обязательно возьмется Институт химии твердого тела. Неорганическая химия — еще за одну. И тогда при запуске синхротрона мы можем первые станции сразу запустить в эксплуатацию. Это значит, что не нужно будет ждать еще пять лет, пока появятся научные результаты. Синхротрон будет создан не для Института ядерной физики, а для всего научного сообщества, прежде всего, Новосибирска, СО РАН, России и даже всего мира.

синхротронное излучение — это объективное экспериментальное подтверждение двух фактов: что скорость света конечна и что электрическое поле материально

Логачёв: Проект новосибирского центра синхротронного излучения является единым целым с проектом в Протвино — здесь будут созданы и отработаны все необходимые технологии.

Тайга.инфо: Объясните нашим читателям принцип работы синхротрона

Логачёв: Это электронная машина, в ней летают электроны в вакууме. Так же, как в чайнике в спирали двигаются электроны, только в чайнике они двигаются со скоростью 5 миллиметров в секунду, а здесь летают практически со скоростью света. Почему излучается синхротронное излучение? Это тоже очень понятно. Вы все знаете, что у электрона, у заряженных частиц есть электрическое поле. Условно говоря, его векторная величина торчит, как иглы из морского ежа во все стороны. Когда он движется с большой скоростью (близкой к скорости света), эти «иглы» все сжимаются в плоскость, перпендикулярную направлению движения. И получается как с секундной стрелкой в часах: ее средняя часть движется со скоростью 1v, а конец — со скоростью 2v.

Представьте себе, что вот этот «свернутый еж» начинает в магните поворачиваться. Он такой же, как стрелка: у него электроны движутся практически со скоростью света, а иглы на конце должны двигаться уже быстрее скорости света! А это невозможно! И излучение отрывается от поля, отрывается от электрона. Это связано с конечностью скорости света и связано с материальностью поля. То есть, синхротронное излучение — это объективное экспериментальное подтверждение двух фактов: что скорость света конечна и что электрическое поле материально.

Павел Логачев

Тайга.инфо: Вы говорите, что уже есть нобелевские результаты, достигнутые с помощью этого метода. А вам известны случаи, когда фундаментальные знания уже были воплощены в технологии? Например, новую таблетку сделали. Где-то в мире дошло до такого?

Логачёв: Огромное количество фармакологических компаний арендуют станции постоянно на этих источниках. И никому не раскрывают содержание своей работы.

Тайга.инфо: Давайте на примере фармакологических компаний. Они же не выигрывают грант на получение времени? Они просто покупают его. Я правильно понимаю?

Логачёв: Да. Они платят определенные деньги. Здесь просто: если вы получаете это время бесплатно, вы обязаны сделать результат публичным. То есть он принадлежит всем. А если вы хотите результат полностью со всей технологией оставить за собой, то должны заплатить.

Тайга.инфо: Какую долю приборов, материалов, которые необходимы для создания источника синхротронного излучения возможно сделать на базе Новосибирска и России в целом? Не секрет, что у нас многие отрасли промышленности переживают не лучшие времена.

Логачёв: Насчет сложных времен: к счастью, это не относится к Институту ядерной физики. Он сегодня находится на пике своего развития и соответствует всем международным требованиям отрасли и своей области технологий, знаний и их реализации в производстве. Наше опытное производство может делать все необходимое для этого. Мы, например, сделали лучший в мире бустер для источника поколения 3+. Это в Америке, в Брукхейвенской национальной лаборатории для американского национального источника синхротронного излучения NSLS-II. Все провода, подставки, системы управления и диагностики пучка — все сделано у нас в институте «под ключ», поставлено и включено. Более того, это первый в мире проект, который сразу вышел на свои базовые проектные показатели по качеству пучка. Это говорит о том, что бустер мы сделали здорово! До этого такие бустеры не получались ни у кого! Мы лидеры сейчас в этом направлении. Американцы сейчас у нас должны покупать расходные материалы, элементы, которые используются. Они все российского производства, уникальны и не имеют американских и европейских аналогов! И японских не имеют!

134944

Тайга.инфо: Какой эффект от реализации проекта вы ожидаете для Академгородка?

Логачёв: На самом деле, Сибирское отделение готово взяться за ряд таких крупных проектов. Их можно назвать междисциплинарными мегапроектами. Но инфраструктурный проект, который предлагается — синхротронный источник — создает базу для многих проектов технологичной направленности полного цикла. Это проект, чей жизненный цикл занимает порядка тридцати лет, и все это время он будет давать высокие научные результаты.

Есть еще одно очень важное обстоятельство — наше развитие будет во многом определяться тем, насколько нам удастся заинтересовать интересной творческой работой лучшую часть молодежи, которая приходит в наш научный центр через физматшколу, Новосибирский государственный университет, НГТУ и другие вузы города и сибирских регионов. Поэтому, мне кажется, создание такого мультидисциплинарного центра, который очень широко охватывает проекты полного цикла, позволит наиболее полно использовать и развить потенциал молодежи здесь, в Сибири. А если эти умные и талантливые ребята будут жить и работать здесь, то и вся наша жизнь здесь станет гораздо лучше.

Тайга.инфо: И последний вопрос, с точки зрения обывателя. А зачем вообще тратить такие деньги на научные мегапроекты, если у нас много других проблем?

Логачёв: Есть очень хорошая аналогия из жизни: зачем надо вкладывать деньги в мегапроекты, хотя у нас не хватает хороших детских садиков, дорог, метро. Похожий вопрос стоит перед молодой семьей: заводить ребенка или не заводить. Ребенок — это столько забот, хлопот, это дорого, медицинское обслуживание тоже не всегда простое, потом образование… Это один подход.

А другие родители рассуждают, что ребенок — это радость, счастье, любовь. Потом заводят еще и еще, не обращают внимания на житейские трудности. И в итоге все побеждают. Наука является дитем общества, социальной системы. И если не вкладывать в будущее, не вкладывать в исследования и разработки, то у этого общества нет перспектив.

Беседовал Алексей Мазур

Подписывайтесь на наш канал в Telegram:
только самые важные новости, мнения и интриги

Комментарии:
В связи с событиями, происходящими в мире, мы призываем вас к трезвому и взвешенному комментированию материалов на нашем сайте.

Мы с уважением относимся к праву каждого человека высказывать свое мнение. В то же время Тайга.инфо не приветствует призывы к агрессии, экстремизму, межнациональной вражде.

Также просим воздерживаться от оскорблений, в частности националистического характера.

Высказанные ниже мнения могут не совпадать с мнением редакции. Редакция не несет ответственности за содержание комментариев.

Не допустимы и удаляются комментарии, которые нарушают действующее законодательство и содержат:
  1. оскорбления личного, религиозного, национального, политического, рекламного и иных характеров;
  2. ссылки на источники информации, не имеющей отношения к обсуждаемой теме.
Нажимая кнопку «Комментировать», вы безоговорочно принимаете эти условия.

Рубрика:

Тип публикации:

Сюжеты:


Новости из рубрики:

© Тайга.инфо, 2004-2018
Версия: 5.0

Почта: info@taygainfo.ru

Телефон редакции:
+7 (383) 3-195-520

Издание: 18+
Редакция не несет ответственности за достоверность информации, содержащейся в рекламных объявлениях. При полном или частичном использовании материалов гиперссылка на tayga.info обязательна.

Яндекс цитирования
Региональное информационное агентство ВИА (сайт информационного агентства - Тайга.инфо / www.tayga.info), свидетельство о регистрации СМИ ИА №ФС 77 - 47277 от 11.11.2011, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)